JP2004206245A - Non-contact IC card reading / writing device - Google Patents

Abstract

Translated fromJapanese

【課題】本発明は、良好な受信特性を有する非接触ＩＣカード読取／書込装置を提供する事を目的とする。
【解決手段】本発明は、非接触ＩＣカードに電磁誘導により電力と送信信号を供給し、非接触ＩＣカードから受信信号を負荷変動により取得するループアンテナと、このループアンテナを所望の周波数に共振させるための共振回路部と、共振回路部を介しループアンテナに電力と送信データを供給する無線送信部および、ループアンテナから共振回路部を介して受信信号を取得する無線受信部を設け、その受信信号から復調回路により非接触ＩＣカードからのデータを復調するように構成され、共振回路部と無線送信部と無線受信部を、方向性結合器、サーキュレータ、アイソレータのいずれか１つを介し結合した構成としたものである。
【選択図】 図１An object of the present invention is to provide a non-contact IC card reading / writing device having good reception characteristics.
The present invention provides a loop antenna that supplies power and a transmission signal to a non-contact IC card by electromagnetic induction and obtains a reception signal from the non-contact IC card by a load change, and resonates the loop antenna to a desired frequency. A wireless circuit for supplying power and transmission data to the loop antenna via the resonant circuit, and a wireless receiver for acquiring a received signal from the loop antenna via the resonant circuit. The signal from the contactless IC card is demodulated by a demodulation circuit from a signal, and the resonance circuit unit, the wireless transmission unit, and the wireless reception unit are coupled via one of a directional coupler, a circulator, and an isolator. It is configured.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

Translated fromJapanese

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非接触ＩＣカードシステムで用いられる読取／書込装置に係り、特に非接触ＩＣカードへの電力伝送効率、および非接触ＩＣカードからのデータ受信効率を改良した非接触ＩＣカード読取／書込装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＣカードを用いた読取／書込システムは、一般に非接触ＩＣカードシステムと呼ばれ、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数帯を利用した物流システム、交通システム、航空貨物管理システム等々に実用化されつつある。
【０００３】
ここで、図４は従来の非接触ＩＣカードシステムの説明概念図である。このシステムは、図４に示すように、１枚の樹脂製カード上にＩＣチップ１０３とアンテナコイル１０２を備えた非接触ＩＣカード１０１（以下、略してＩＣカードと言うこともある。）と、このＩＣカードとの通信を行う読取／書込装置１０５とを備え、この読取／書込装置１０５にはループアンテナ１０４が備えられている。このループアンテナ１０４により電力と送信データを常時または間欠に送信し、この電力と送信データを受信できる範囲内にあるＩＣカードからの受信データを得るものである。
【０００４】
一例として（特許文献１）に記載の非接触ＩＣカードシステムの読取／書込装置を図５に示す。図５は、従来の非接触ＩＣカード読取／書込装置のブロック図であり、上記した従来の非接触ＩＣカードシステムの、読取／書込装置と非接触ＩＣカードの結合に関連する部分を示している。
【０００５】
まず、送信データ伝送の場合は、発振器１０６からの搬送波を変調器１０７へ入力し、データＤＡＴＡａによりこれを変調する。そしてこれを電力増幅器１０８で増幅し、マッチング回路１０９を介してループアンテナ１１０から送信する。
【０００６】
また、電力伝送のみの場合は、発振器１０６からの搬送波を無変調のままで送信する。この読取／書込装置１１１から非接触ＩＣカード１１２への送信は、電磁結合によりループアンテナ１１０が生成する磁束が非接触ＩＣカード１１２のアンテナコイル１０２と鎖交し、誘起電圧を励起することにより行われる。非接触ＩＣカード１１２側では、アンテナコイル１０２の誘起電圧をＩＣチップ１０３内の整流回路（図示せず）で整流し、非接触ＩＣカード１１２内の各回路の電源として用いる。また、同じ誘起電圧を復調回路（図示せず）へ導いて読取／書込装置からのデータを復調する。
【０００７】
次に、非接触ＩＣカード１１２より読取／書込装置１１１へのデータ伝送時には、読取／書込装置１１１は無変調の搬送波を送信して、非接触ＩＣカード１１２へ電力供給のみを行っている。非接触ＩＣカード１１２側では、ＩＣチップ１０３内のメモリ（図示せず）から読み出されたデータＤＡＴＡｂに応じて、例えばアンテナコイル１０２に接続された負荷抵抗（図示せず）とスイッチ（図示せず）とからなる変調回路（図示せず）にて、データの“１”、“０”ビットに応じて、このスイッチがオン、オフされる。上記のようにスイッチがオン、オフすると、アンテナコイル１０２に対する負荷が変動し、この変動が読取／書込装置側のループアンテナ１１０へ電磁誘導により伝わり、ループアンテナ１１０側のインピーダンスが変動し、読取／書込装置１１１の点Ａに於ける電圧／電流すなわちインピーダンスが、非接触ＩＣカード１１２の送信データＤＡＴＡｂに応じて変化する。結果として高周波信号の振幅が変動する。即ち、この高周波信号は非接触ＩＣカード１１２のデータによって振幅変調される。この変調高周波信号が復調回路１１４で復調されてデータＤＡＴＡｂが得られる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−００７９７６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
第一の従来例を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）は、図５（ａ）に於ける復調回路１１４の入力部分の詳細図である。前述のように非接触ＩＣカード１１２からデータを送るときは、非接触ＩＣカード１１２のアンテナコイル１０２の負荷ＺがデータＤＡＴＡｂにより変化し、これによって電力増幅器１０８の出力電流Ｉが変化する。そこでこの変化を検出するために、ループアンテナ１１０の接地側に抵抗器１１５を挿入し、ここを電流Ｉが流れることにより生じる電圧降下を復調回路１１４へ入力する。復調回路１１４は、入力された電圧の変化を検出して非接触ＩＣカード１１２からのＤＡＴＡｂを復調する。ところが、抵抗器１１５に電力増幅器１０８からの電流Ｉを流すと、ここで電力が消費される。このために電力増幅器１０８は、この抵抗器１１５で消費される分だけ余計な出力電力を必要とし、電力伝送効率が低下する。
【００１０】
ここで、図６は従来の非接触ＩＣカード読取／書込装置のブロック図である。第二の従来例として図６（ａ）は並列共振を用いたときの復調回路の周辺を詳細に示したもので、コンデンサ１１６がループアンテナ１１０と並列共振する。この場合、並列共振回路のインピーダンスはその共振点付近では大きな値となるから、マッチング回路１０９の出力側インピーダンスもそれに合わせて大きな値であり、このハイインピーダンス点の電圧Ｖを抵抗器１１７を介して復調回路１１４へ取り込み復調することとなる。この構成では、搬送波電流は抵抗器１１７と復調回路１１４の搬送波帯での入力インピーダンスとの直列インピーダンスが、ループアンテナ１１０とコンデンサ１１６からなる並列回路に並列に入ることになり、非接触ＩＣカード１１２からのデータ検出のために共振回路のＱを低下させることとなってしまう。これは直ちに非接触ＩＣカード１１２への電力伝送効率を低下させる。
【００１１】
また、図６（ｂ）は、第三の従来例として、直列共振によって電力伝送効率を向上させた場合の、復調回路１１４の周辺を示したもので、この場合にはループアンテナ１１０とコンデンサ１１８とからなる直列共振回路を形成している。直列共振時にはその回路のインピーダンスは小さい値となるので、この場合は電力増幅器１０８からの電流Ｉを抵抗器１１９へ流し、その電圧降下を復調回路１１４で検出する。従って、抵抗器１１９に於ける電力消費が生じ、さらにこの場合には直列共振回路に抵抗器１１９が直列に入ることになってＱが低下し、電力伝送効率を低下させる。
【００１２】
さらに、図６（ｃ）は、第四の従来例として、復調回路入力部およびその周辺の回路構成を示したもので、巻線ｎ１、ｎ２、ｎ３を有したマッチングトランス１２０により、電力増幅器１０８と並列共振回路１２１、及び復調回路１１４が結合された構成である。ここで、巻線ｎ１と巻線ｎ２の巻数比は、電力増幅器１０８の出力と並列共振回路１２１との間で、並列共振回路１２１の共振周波数での整合をとる値に設定される。復調回路１１４との結合もこのマッチングトランス１２０で行うようにしている。そして、巻線ｎ３と巻線ｎ２の巻数比は、非接触ＩＣカードからのデータＤＡＴＡｂの周波数帯域で整合がとれるように構成されている。しかしながら、この構成ではマッチングトランス１２０の挿入損が生じ電力伝送効率を低下させてしまう。
【００１３】
さらに、第一から第四の従来例のいずれの回路においても、電力、送信データおよび受信データの伝送方向の方向性がなく、従来例のいずれの場合も電力増幅器１０８からの出力はループアンテナ１１０と復調回路１１４のいずれへも供給され、これによりループアンテナ１１０からの空間への放射電力が、復調回路１１０側へ流れた分だけ電力損失となり電力伝送効率が低下する。
【００１４】
また受信データを取得する場合もループアンテナ１１０での負荷インピーダンスの変化が復調回路１１４と電力増幅器１０８のいずれの側へも伝わり、これによりループアンテナ１１０からの負荷インピーダンスの変化が復調回路１１４側で低下する。
【００１５】
さらに電力増幅器１０８からの大振幅の高周波信号が復調回路１１４へ流入する事により、この大振幅の高周波信号をフィルタリングする為に、高性能な帯域阻止特性を有するフィルタ回路を復調回路１１４の前段に設けねばならないという課題があった。
【００１６】
そこで、本発明は上記従来の課題を解決するものであり、良好な受信特性を有する非接触ＩＣカード読取／書込装置を提供する事を目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、非接触ＩＣカードに電磁誘導により電力と送信信号を供給し、非接触ＩＣカードから受信信号を負荷変動により取得するループアンテナと、このループアンテナを所望の周波数に共振させるための共振回路部と、共振回路部を介しループアンテナに電力と送信データを供給する無線送信部および、ループアンテナから共振回路部を介して受信信号を取得する無線受信部を設け、その受信信号から復調回路により非接触ＩＣカードからのデータを復調するように構成され、共振回路部と無線送信部と無線受信部を、方向性結合器、サーキュレータ、アイソレータのいずれか１つを介し結合した構成としたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、非接触ＩＣカードに電磁誘導により電力と送信信号を供給し、非接触ＩＣカードから受信信号を負荷変動により取得するループアンテナと、このループアンテナを所望の周波数に共振させるための共振回路部と、共振回路部を介しループアンテナに電力と送信データを供給する無線送信部および、ループアンテナから共振回路部を介して受信信号を取得する無線受信部を設け、その受信信号から復調回路により非接触ＩＣカードからのデータを復調するように構成された非接触ＩＣカード読取／書込装置であり、共振回路部と無線送信部と無線受信部を方向性結合器で結合した構成のものである。
【００１９】
無線送信部と、ループアンテナとコンデンサから成る共振回路部の間に、方向性結合器の一次線路を、ループアンテナとコンデンサから成る共振回路部と、無線受信部との間に方向性結合器の二次線路を挿入した事により、無線送信部、無線受信部間にアイソレーションを、またループアンテナとコンデンサから成る共振回路部と無線受信部間に方向性をもたすことができる。
【００２０】
その結果、無線送信部、無線受信部間にアイソレーションをもたすことにより、無線送信部からの大振幅の高周波信号が、無線受信部内の復調回路へ流入する事を大幅に低減することが出来る。それゆえ従来この大振幅の高周波信号をフィルタリングする為に必要であった復調回路前段の高性能な帯域阻止特性を有するフィルタ回路が不要となり、且つフィルタ回路の挿入損失分の効率低下を受けなくなる。
【００２１】
さらに、ループアンテナとコンデンサから成る共振回路部と無線受信部間に方向性をもたすことにより、ループアンテナ側から無線受信部側へ流れる高周波信号、すなわち無線送信部から発した高周波信号（入射波）が方向性結合器の一次線路を経由して、ループアンテナ側へ到達し、所望の周波数帯でのアンテナインピーダンスに応じた反射波としてループアンテナ側より反射され、波の進行方向が逆方向の高周波信号（反射波）として、再び方向性結合器に入力され、方向性結合器の二次線路の一端より出力され無線受信部へと導かれる。その結果、無線受信部への入力信号は、上記のように所望の周波数帯でのアンテナインピーダンスに応じた高周波信号（反射波）のみとなり、理想的な回路構成となり、良好な受信特性を有する読取／書込装置が提供可能となる。
【００２２】
また、請求項２に記載の発明は、共振回路部と無線送信部と無線受信部をサーキュレータで結合した構成である。
【００２３】
無線送信部と、ループアンテナとコンデンサから成る共振回路部の間にサーキュレータの一次線路を、ループアンテナとコンデンサから成る共振回路部と、無線受信部との間にサーキュレータの二次線路を挿入した事により、無線送信部、無線受信部間にアイソレーションを、またループアンテナとコンデンサから成る共振回路部と、無線受信部間に方向性をもたすことができる。
【００２４】
その結果、無線送信部、無線受信部間にアイソレーションをもたすことにより、無線送信部からの大振幅の高周波信号が、無線受信部内の復調回路へ流入する事を大幅に低減することが出来る。それゆえ従来この大振幅の高周波信号をフィルタリングする為に必要であった復調回路前段の高性能な帯域阻止特性を有するフィルタ回路が不要となり、且つフィルタ回路の挿入損失分の効率低下を受けなくなる。
【００２５】
さらに、ループアンテナとコンデンサから成る共振回路部と、無線受信部間に方向性をもたすことにより、ループアンテナ側から無線受信部側へ流れる高周波信号、すなわち無線送信部から発した高周波信号（入射波）がサーキュレータの一次線路を経由して、ループアンテナ側へ到達し、所望の周波数帯でのアンテナインピーダンスに応じた反射波としてループアンテナ側より反射され、波の進行方向が逆方向の高周波信号（反射波）として、再びサーキュレータに入力され、サーキュレータの二次線路の一端より出力され無線受信部へと導かれる。その結果、無線受信部への入力信号は、上記のように所望の周波数帯でのアンテナインピーダンスに応じた高周波信号（反射波）のみとなり、理想的な回路構成となり、良好な受信特性を有する読取／書込装置が提供可能となる。
【００２６】
また、請求項３に記載の発明は、共振回路部と無線送信部と無線受信部をアイソレータで結合した構成である。
【００２７】
無線送信部と、ループアンテナとコンデンサから成る共振回路部の間に第一のアイソレータを、ループアンテナとコンデンサから成る共振回路部と、無線受信部との間に第二のアイソレータ挿入した事により、無線送信部、無線受信部間にアイソレーションを、またループアンテナとコンデンサから成る共振回路部と、無線受信部間に方向性をもたすことができる。
【００２８】
その結果、無線送信部、無線受信部間にアイソレーションをもたすことにより、無線送信部からの大振幅の高周波信号が、無線受信部内の復調回路へ流入する事を大幅に低減することが出来る。それゆえ従来この大振幅の高周波信号をフィルタリングする為に必要であった復調回路前段の高性能な帯域阻止特性を有するフィルタ回路が不要となり、且つフィルタ回路の挿入損失分の効率低下を受けなくなる。
【００２９】
さらに、ループアンテナとコンデンサから成る共振回路部と、無線受信部間に方向性をもたすことにより、ループアンテナ側から無線受信部側へ流れる高周波信号、すなわち無線送信部から発した高周波信号（入射波）が第一のアイソレータを経由して、ループアンテナ側へ到達し、所望の周波数帯でのアンテナインピーダンスに応じた反射波としてループアンテナ側より反射され、波の進行方向が逆方向の高周波信号（反射波）として、再び第二のアイソレータに入力され、第二のアイソレータの一端より出力され無線受信部へと導かれる。その結果、無線受信部への入力信号は、上記のように所望の周波数帯でのアンテナインピーダンスに応じた高周波信号（反射波）のみとなり、理想的な回路構成となり、良好な受信特性を有する読取／書込装置が提供可能となる。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図３を用いて説明する。なお、本発明における非接触ＩＣカードの定義は、いわゆるカードに限定されるものではなく、非接触で読取／書込装置との通信を行うことができる無線通信媒体である。よって、用途によってはＩＣタグ、ＩＤタグ、識別ラベルと呼ばれるものを含む。
【００３１】
（実施の形態１）
ここで、図１は本発明の実施の形態１に係る非接触ＩＣカード読取／書込装置のブロック図である。図１（ａ）は本発明の実施の形態１に係る非接触ＩＣカード読取／書込装置を示すブロック図、図１（ｂ）は（ａ）の部分詳細図であり、共振回路の一例として直列共振回路を用いた場合の詳細図である。図１（ａ）は、非接触ＩＣカードシステムの、読取／書込装置１１１と非接触ＩＣカード１１２の結合に関連する部分を示したブロック図である。図１において送信データ伝送の場合は、発振器６からの搬送波を変調器７へ入力し、データＤＡＴＡａによりこれを変調する。そしてこれを電力増幅器８で増幅し、マッチング回路９を経て、図１に示す方向性結合器４の端子ａ−ｂ間の一次線路を介してループアンテナ５から送信する。また、電力伝送のみの場合は、発振器６からの搬送波を無変調のままで送信する。この読取／書込装置１１１から非接触ＩＣカード１１２への送信は、電磁結合によりループアンテナ５が生成する磁束が非接触ＩＣカード１１２のアンテナコイル１２と鎖交し、誘起電圧を励起することにより行われる。非接触ＩＣカード１１２では、アンテナコイル１２の誘起電圧をＩＣチップ１３内の整流回路（図示せず）で整流して非接触ＩＣカード内の各回路の電源として用いる。また、同じ誘起電圧を復調回路（図示せず）へ導いて読取／書込装置からのデータを復調する。
【００３２】
次に、非接触ＩＣカード１１２より読取／書込装置１１１へのデータ伝送時には、読取／書込装置は無変調の搬送波を送信して、非接触ＩＣカードへ電力供給のみを行っている。非接触ＩＣカード側では、ＩＣチップ１３内のメモリ（図示せず）から読み出されたデータＤＡＴＡｂに応じて、例えばアンテナコイル１３に接続された負荷抵抗（図示せず）とスイッチ（図示せず）とからなる変調回路（図示せず）において、データの“１”、“０”ビットに応じて、このスイッチがオン、オフされる。読取／書込装置１１１においては、上記のようにスイッチがオン、オフすると、アンテナコイル１２に対する負荷が変動する。この変動が読取／書込装置側のループアンテナ５へ電磁誘導により伝わり、ループアンテナ５側のインピーダンスが変動する。それゆえループアンテナ５側から無線受信部２側へ流れる高周波信号、すなわち無線送信部１から発した高周波信号（入射波）が方向性結合器４の端子ａ−ｂ間の一次線路を経由して、ループアンテナ５側へ到達し、所望の周波数帯でのアンテナインピーダンスの変化に応じた反射波として、ループアンテナ５側より反射され、波の進行方向が逆方向の高周波信号（反射波）として、再び方向性結合器４に入力され、方向性結合器４の端子ｂ−ｃ間の二次線路の一端ｃより出力され無線受信部２へと導かれる。その結果、無線受信部２への入力信号は、上記の様に所望の周波数帯でのアンテナインピーダンスの変化に応じた高周波信号（反射波）のみとなり、理想的な回路構成となり、良好な受信特性を有する事となる。
【００３３】
（実施の形態２）
ここで、図２は本発明の実施の形態２に係る非接触ＩＣカード読取／書込装置のブロック図である。図２（ａ）は本発明の実施の形態２に係る非接触ＩＣカード読取／書込装置を示すブロック図、図２（ｂ）は（ａ）の部分詳細図であり、共振回路の一例として直列共振回路を用いた場合の詳細図である。図２（ａ）は、非接触ＩＣカードシステムの、読取／書込装置１１１と非接触ＩＣカード１１２の結合に関連する部分を示したブロック図である。図２において送信データ伝送の場合は、発振器６からの搬送波を変調器７へ入力し、データＤＡＴＡａによりこれを変調する。そしてこれを電力増幅器８で増幅し、マッチング回路９を経て、図２（に示すサーキュレータ１４の端子ａ−ｂ間の一次線路を介してループアンテナ５から送信する。また、電力伝送のみの場合は、発振器６からの搬送波を無変調のままで送信する。この読取／書込装置１１１から非接触ＩＣカード１１２への送信は、電磁結合によりループアンテナ５が生成する磁束が非接触ＩＣカード１１２のアンテナコイル１２と鎖交し、誘起電圧を励起することにより行われる。非接触ＩＣカード１１２では、アンテナコイル１２の誘起電圧をＩＣチップ１３内の整流回路（図示せず）で整流して非接触ＩＣカード内の各回路の電源として用いる。また、同じ誘起電圧を復調回路（図示せず）へ導いて読取／書込装置からのデータを復調する。
【００３４】
次に、非接触ＩＣカード１１２より読取／書込装置１１１へのデータ伝送時には、読取／書込装置は無変調の搬送波を送信して、非接触ＩＣカードへ電力供給のみを行っている。非接触ＩＣカード側では、ＩＣチップ１３内のメモリ（図示せず）から読み出されたデータＤＡＴＡｂに応じて、例えばアンテナコイル１３に接続された負荷抵抗（図示せず）とスイッチ（図示せず）とからなる変調回路（図示せず）において、データの“１”、“０”ビットに応じて、このスイッチがオン、オフされる。読取／書込装置１１１においては、上記のようにスイッチがオン、オフすると、アンテナコイル１２に対する負荷が変動する。この変動が読取／書込装置側のループアンテナ５へ電磁誘導により伝わり、ループアンテナ５側のインピーダンスが変動する。それゆえループアンテナ５側から無線受信部２側へ流れる高周波信号、すなわち無線送信部１から発した高周波信号（入射波）がサーキュレータ１４の端子ａ−ｂ間の一次線路を経由して、ループアンテナ５側へ到達し、所望の周波数帯でのアンテナインピーダンスの変化に応じた反射波として、ループアンテナ５側より反射され、波の進行方向が逆方向の高周波信号（反射波）として、再びサーキュレータ１４に入力され、サーキュレータ１４の端子ｂ−ｃ間の二次線路の一端ｃより出力され無線受信部２へと導かれる。その結果、無線受信部２への入力信号は、上記の様に所望の周波数帯でのアンテナインピーダンスの変化に応じた高周波信号（反射波）のみとなり、理想的な回路構成となり、良好な受信特性を有する事となる。
【００３５】
（実施の形態３）
ここで図３は本発明の実施の形態３に係る非接触ＩＣカード読取／書込装置のブロック図である。図３（ａ）は本発明の実施の形態３に係る非接触ＩＣカード読取／書込装置を示すブロック図、図３（ｂ）は（ａ）の部分詳細図であり、共振回路の一例として直列共振回路を用いた場合の詳細図である。図３（ａ）は、非接触ＩＣカードシステムの、読取／書込装置１１１と非接触ＩＣカード１１２の結合に関連する部分を示したブロック図である。図３において送信データ伝送の場合は、発振器６からの搬送波を変調器７へ入力し、データＤＡＴＡａによりこれを変調する。そしてこれを電力増幅器８で増幅し、マッチング回路９を経て、図３に示す第一のアイソレータ１５を介してループアンテナ５から送信する。また、電力伝送のみの場合は、発振器６からの搬送波を無変調のままで送信する。この読取／書込装置１１１から非接触ＩＣカード１１２への送信は、電磁結合によりループアンテナ５が生成する磁束が非接触ＩＣカード１１２のアンテナコイル１２と鎖交し、誘起電圧を励起することにより行われる。非接触ＩＣカード１１２では、アンテナコイル１２の誘起電圧をＩＣチップ１３内の整流回路（図示せず）で整流して非接触ＩＣカード内の各回路の電源として用いる。また、同じ誘起電圧を復調回路（図示せず）へ導いて読取／書込装置からのデータを復調する。
【００３６】
次に、非接触ＩＣカード１１２より読取／書込装置１１１へのデータ伝送時には、読取／書込装置は無変調の搬送波を送信して、非接触ＩＣカードへ電力供給のみを行っている。非接触ＩＣカード側では、ＩＣチップ１３内のメモリ（図示せず）から読み出されたデータＤＡＴＡｂに応じて、例えばアンテナコイル１３に接続された負荷抵抗（図示せず）とスイッチ（図示せず）とからなる変調回路（図示せず）において、データの“１”、“０”ビットに応じて、このスイッチがオン、オフされる。読取／書込装置１１１においては、上記のようにスイッチがオン、オフすると、アンテナコイル１２に対する負荷が変動する。この変動が読取／書込装置側のループアンテナ５へ電磁誘導により伝わり、ループアンテナ５側のインピーダンスが変動する。それゆえループアンテナ５側から無線受信部２側へ流れる高周波信号、すなわち無線送信部１から発した高周波信号（入射波）が第一のアイソレータ１５の端子ａ−ｂ間を経由して、ループアンテナ５側へ到達し、所望の周波数帯でのアンテナインピーダンスの変化に応じた反射波として、ループアンテナ５側より反射され、波の進行方向が逆方向の高周波信号（反射波）として、再び第二のアイソレータ１６の一端ｃへ入力され、他端ｄより無線受信部２へと導かれる。その結果、無線受信部２への入力信号は、上記の様に所望の周波数帯でのアンテナインピーダンスの変化に応じた高周波信号（反射波）のみとなり、理想的な回路構成となり、良好な受信特性を有する事となる。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態１〜３について説明したが、上述したように、発振器からの搬送波は電力増幅器で増幅されるが、その増幅にはＥ級増幅器（Ｅクラスアンプ）を用いることが好ましい。Ｅ級増幅器を用いることによって、高効率動作を実現することが可能となる。よって、送信出力を上げても発熱を抑えることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明により、無線送信部、無線受信部間にアイソレーションをもたすことにより、無線送信部からの大振幅の高周波信号が、無線受信部内の復調回路へ流入する事を大幅に低減し、従来この大振幅の高周波信号をフィルタリングする為に必要であった復調回路前段の高性能な帯域阻止特性を有するフィルタ回路が不要となり、且つフィルタ回路の挿入損失分の電力効率低下を受けなくなる。さらに、ループアンテナとコンデンサから成る共振回路部と無線受信部間に方向性をもたすことにより、無線受信部への入力信号は、所望の周波数帯でのアンテナインピーダンスに応じた高周波信号（反射波）のみとなり、理想的な回路構成となり、良好な受信特性を有する非接触ＩＣカード読取／書込装置を提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る非接触ＩＣカード読取／書込装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態２に係る非接触ＩＣカード読取／書込装置のブロック図
【図３】本発明の実施の形態３に係る非接触ＩＣカード読取／書込装置のブロック図
【図４】従来の非接触ＩＣカードシステムの説明概念図
【図５】従来の非接触ＩＣカード読取／書込装置のブロック図
【図６】従来の非接触ＩＣカード読取／書込装置のブロック図
【符号の説明】
１ 無線送信部
２ 無線受信部
３ アンテナ共振回路部
４ 方向性結合器
５ ループアンテナ
６ 発振器
７ 変調器
８ 電力増幅器
９ マッチング回路
１０ 復調回路
１２ アンテナコイル
１３ ＩＣチップ
１４ サーキュレータ
１５ アイソレータ
１６ アイソレータ
１０１ 非接触ＩＣカード
１０２ アンテナコイル
１０３ ＩＣチップ
１０４ ループアンテナ
１０５ 読取／書込装置
１０６ 発振器
１０７ 変調器
１０８ 電力増幅器
１０９ マッチング回路
１１０ ループアンテナ
１１１ 読取／書込装置
１１２ 非接触ＩＣカード
１１４ 復調回路
１１５ 抵抗器
１１６ コンデンサ
１１７ 抵抗器
１１８ コンデンサ
１１９ 抵抗器
１２０ マッチングトランス
１２１ 並列共振回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a read / write device used in a non-contact IC card system, and more particularly to a non-contact IC card read / write in which power transmission efficiency to a non-contact IC card and data reception efficiency from the non-contact IC card are improved. It relates to an embedded device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a read / write system using an IC card is generally called a non-contact IC card system, and is being put to practical use in, for example, a distribution system, a transportation system, an air cargo management system, and the like using a 13.56 MHz frequency band. is there.
[0003]
Here, FIG. 4 is an explanatory conceptual diagram of a conventional contactless IC card system. This system includes, as shown in FIG. 4, anon-contact IC card 101 having anIC chip 103 and anantenna coil 102 on one resin card (hereinafter, may be simply referred to as an IC card). A read / writedevice 105 for communicating with the IC card is provided, and the read / writedevice 105 is provided with aloop antenna 104. Theloop antenna 104 transmits power and transmission data constantly or intermittently, and obtains reception data from an IC card within a range in which the power and transmission data can be received.
[0004]
As an example, FIG. 5 shows a read / write device of a non-contact IC card system described in (Patent Document 1). FIG. 5 is a block diagram of a conventional non-contact IC card reading / writing device, and shows a portion of the above-mentioned conventional non-contact IC card system related to the connection between the reading / writing device and the non-contact IC card. ing.
[0005]
First, in the case of transmission data transmission, a carrier wave from theoscillator 106 is input to themodulator 107, and is modulated by data DATAa. This is amplified by thepower amplifier 108 and transmitted from theloop antenna 110 via thematching circuit 109.
[0006]
In the case of only power transmission, the carrier from theoscillator 106 is transmitted without modulation. The transmission from the read /write device 111 to thenon-contact IC card 112 is performed by magnetic flux generated by theloop antenna 110 interlinking with theantenna coil 102 of thenon-contact IC card 112 and exciting an induced voltage. Done. On thenon-contact IC card 112 side, the induced voltage of theantenna coil 102 is rectified by a rectifier circuit (not shown) in theIC chip 103 and used as a power source for each circuit in thenon-contact IC card 112. The same induced voltage is guided to a demodulation circuit (not shown) to demodulate data from the read / write device.
[0007]
Next, at the time of data transmission from thenon-contact IC card 112 to the reading /writing device 111, the reading /writing device 111 transmits an unmodulated carrier wave and only supplies power to the non-contactIC card 112. . On thenon-contact IC card 112 side, for example, a load resistor (not shown) connected to theantenna coil 102 and a switch (not shown) according to data DATAb read from a memory (not shown) in theIC chip 103. This switch is turned on and off in accordance with data "1" and "0" bits in a modulation circuit (not shown). When the switch is turned on and off as described above, the load on theantenna coil 102 fluctuates, and this fluctuation is transmitted to theloop antenna 110 on the read / write device side by electromagnetic induction, and the impedance on theloop antenna 110 fluctuates. The voltage / current at the point A of the writing /writing device 111, that is, the impedance, changes according to the transmission data DATAb of thenon-contact IC card 112. As a result, the amplitude of the high-frequency signal fluctuates. That is, the high-frequency signal is amplitude-modulated by the data of thenon-contact IC card 112. The modulated high-frequency signal is demodulated by thedemodulation circuit 114 to obtain data DATAb.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2002-007976 A
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 5B shows a first conventional example. FIG. 5B is a detailed view of the input portion of thedemodulation circuit 114 in FIG. As described above, when data is transmitted from thenon-contact IC card 112, the load Z of theantenna coil 102 of thenon-contact IC card 112 changes according to the data DATAb, whereby the output current I of thepower amplifier 108 changes. Therefore, in order to detect this change, aresistor 115 is inserted on the ground side of theloop antenna 110, and a voltage drop caused by the current I flowing therethrough is input to thedemodulation circuit 114. Thedemodulation circuit 114 detects a change in the input voltage and demodulates the DATAb from thenon-contact IC card 112. However, when the current I from thepower amplifier 108 flows through theresistor 115, power is consumed here. For this reason,power amplifier 108 needs extra output power by the amount consumed byresistor 115, and the power transmission efficiency is reduced.
[0010]
FIG. 6 is a block diagram of a conventional non-contact IC card reading / writing device. As a second conventional example, FIG. 6A shows details of the periphery of a demodulation circuit when parallel resonance is used, and acapacitor 116 resonates in parallel with theloop antenna 110. In this case, since the impedance of the parallel resonance circuit has a large value near the resonance point, the output impedance of thematching circuit 109 also has a large value in accordance with it, and the voltage V at this high impedance point is passed through theresistor 117. It is taken into thedemodulation circuit 114 and demodulated. In this configuration, the carrier impedance of thenon-contact IC card 112 is such that the series impedance of theresistor 117 and the input impedance of thedemodulation circuit 114 in the carrier band enters the parallel circuit composed of theloop antenna 110 and thecapacitor 116. , The Q of the resonance circuit is reduced due to the detection of data. This immediately reduces the power transmission efficiency to thenon-contact IC card 112.
[0011]
FIG. 6B shows, as a third conventional example, the periphery of thedemodulation circuit 114 when the power transmission efficiency is improved by series resonance. In this case, theloop antenna 110 and thecapacitor 118 are used. To form a series resonance circuit. At the time of series resonance, the impedance of the circuit has a small value. In this case, the current I from thepower amplifier 108 flows to theresistor 119, and the voltage drop is detected by thedemodulation circuit 114. Therefore, power consumption occurs in theresistor 119, and in this case, theresistor 119 enters the series resonance circuit in series, so that Q is reduced and power transmission efficiency is reduced.
[0012]
Further, FIG. 6C shows, as a fourth conventional example, a circuit configuration of a demodulation circuit input section and peripheral circuits thereof. A matchingtransformer 120 having windings n1, n2, and n3 serves as apower amplifier 108. And aparallel resonance circuit 121 and ademodulation circuit 114. Here, the turns ratio between the winding n1 and the winding n2 is set to a value that matches between the output of thepower amplifier 108 and theparallel resonance circuit 121 at the resonance frequency of theparallel resonance circuit 121. Coupling with thedemodulation circuit 114 is also performed by the matchingtransformer 120. The turn ratio between the winding n3 and the winding n2 is configured to be matched in the frequency band of the data DATAb from the non-contact IC card. However, in this configuration, insertion loss of the matchingtransformer 120 occurs, and power transmission efficiency is reduced.
[0013]
Further, in any of the circuits of the first to fourth conventional examples, there is no directionality in the transmission direction of power, transmission data and reception data, and in any case of the conventional example, the output from thepower amplifier 108 is aloop antenna 110 And thedemodulation circuit 114, whereby the power radiated from theloop antenna 110 to the space flows to thedemodulation circuit 110 side, resulting in a power loss and a reduction in power transmission efficiency.
[0014]
Also, when receiving the received data, the change in the load impedance at theloop antenna 110 is transmitted to both thedemodulation circuit 114 and thepower amplifier 108, whereby the change in the load impedance from theloop antenna 110 is transmitted to thedemodulation circuit 114. descend.
[0015]
Further, when a high-amplitude high-frequency signal from thepower amplifier 108 flows into thedemodulation circuit 114, a filter circuit having a high-performance band rejection characteristic is provided at a stage preceding thedemodulation circuit 114 in order to filter the large-amplitude high-frequency signal. There was a problem that it had to be provided.
[0016]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a non-contact IC card reading / writing device having good reception characteristics.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a loop antenna that supplies power and a transmission signal to a non-contact IC card by electromagnetic induction and obtains a reception signal from the non-contact IC card by load fluctuation, and a resonance for resonating the loop antenna to a desired frequency. A circuit unit, a wireless transmission unit that supplies power and transmission data to the loop antenna via the resonance circuit unit, and a wireless reception unit that obtains a reception signal from the loop antenna via the resonance circuit unit, and a demodulation circuit from the reception signal. , Which is configured to demodulate data from a non-contact IC card, and that a resonance circuit unit, a radio transmission unit, and a radio reception unit are coupled via one of a directional coupler, a circulator, and an isolator. It is.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
According to a first aspect of the present invention, there is provided a loop antenna that supplies power and a transmission signal to a non-contact IC card by electromagnetic induction and obtains a reception signal from the non-contact IC card by a load change. A resonance circuit unit for resonating to a frequency of, a wireless transmission unit for supplying power and transmission data to the loop antenna via the resonance circuit unit, and a wireless reception unit for acquiring a reception signal from the loop antenna via the resonance circuit unit A non-contact IC card reading / writing device configured to demodulate data from the non-contact IC card from a received signal by a demodulation circuit. It is of a configuration connected by a coupler.
[0019]
A primary line of the directional coupler is provided between the radio transmission unit and the resonance circuit unit including the loop antenna and the capacitor, and a directional coupler of the directional coupler is provided between the resonance circuit unit including the loop antenna and the capacitor and the radio reception unit. By inserting the secondary line, isolation can be provided between the wireless transmission unit and the wireless reception unit, and directionality can be provided between the resonance circuit unit including the loop antenna and the capacitor and the wireless reception unit.
[0020]
As a result, by providing isolation between the wireless transmission unit and the wireless reception unit, it is possible to greatly reduce the flow of a large-amplitude high-frequency signal from the wireless transmission unit into the demodulation circuit in the wireless reception unit. I can do it. Therefore, a filter circuit having a high-performance band rejection characteristic at the preceding stage of the demodulation circuit, which is conventionally required for filtering the large-amplitude high-frequency signal, becomes unnecessary, and the efficiency of the filter circuit due to the insertion loss is not reduced.
[0021]
Furthermore, by providing directionality between the resonance circuit unit including the loop antenna and the capacitor and the radio reception unit, a high-frequency signal flowing from the loop antenna side to the radio reception unit side, that is, a high-frequency signal (incident Wave) arrives at the loop antenna side via the primary line of the directional coupler, is reflected from the loop antenna side as a reflected wave corresponding to the antenna impedance in a desired frequency band, and the traveling direction of the wave is reverse. As a high-frequency signal (reflected wave), is again input to the directional coupler, is output from one end of the secondary line of the directional coupler, and is guided to the wireless receiver. As a result, as described above, the input signal to the radio receiving unit is only a high-frequency signal (reflected wave) corresponding to the antenna impedance in the desired frequency band, and has an ideal circuit configuration, and has a reading characteristic having good reception characteristics. / Writing device can be provided.
[0022]
According to a second aspect of the present invention, the resonance circuit unit, the wireless transmission unit, and the wireless reception unit are connected by a circulator.
[0023]
The primary line of the circulator is inserted between the radio transmission unit and the resonance circuit unit consisting of the loop antenna and the capacitor, and the secondary line of the circulator is inserted between the resonance circuit unit consisting of the loop antenna and the capacitor and the radio reception unit. Accordingly, isolation can be provided between the wireless transmission unit and the wireless reception unit, and directionality can be provided between the resonance circuit unit including the loop antenna and the capacitor and the wireless reception unit.
[0024]
As a result, by providing isolation between the wireless transmission unit and the wireless reception unit, it is possible to greatly reduce the flow of a large-amplitude high-frequency signal from the wireless transmission unit into the demodulation circuit in the wireless reception unit. I can do it. Therefore, a filter circuit having a high-performance band rejection characteristic at the preceding stage of the demodulation circuit, which is conventionally required for filtering the large-amplitude high-frequency signal, becomes unnecessary, and the efficiency of the filter circuit due to the insertion loss is not reduced.
[0025]
Further, by providing directionality between the resonance circuit unit including the loop antenna and the capacitor and the radio reception unit, a high-frequency signal flowing from the loop antenna side to the radio reception unit side, that is, a high-frequency signal generated from the radio transmission unit ( Incident wave) arrives at the loop antenna side via the primary line of the circulator, is reflected from the loop antenna side as a reflected wave corresponding to the antenna impedance in a desired frequency band, and the traveling direction of the wave is a high frequency having a reverse direction. The signal (reflected wave) is again input to the circulator, output from one end of the secondary line of the circulator, and guided to the wireless receiver. As a result, as described above, the input signal to the radio receiving unit is only a high-frequency signal (reflected wave) corresponding to the antenna impedance in the desired frequency band, and has an ideal circuit configuration, and has a reading characteristic having good reception characteristics. / Writing device can be provided.
[0026]
According to a third aspect of the present invention, the resonance circuit unit, the wireless transmission unit, and the wireless reception unit are connected by an isolator.
[0027]
By inserting the first isolator between the radio transmission unit and the resonance circuit unit including the loop antenna and the capacitor, the resonance circuit unit including the loop antenna and the capacitor, and inserting the second isolator between the radio reception unit, Isolation can be provided between the wireless transmission unit and the wireless reception unit, and directionality can be provided between the resonance circuit unit including the loop antenna and the capacitor and the wireless reception unit.
[0028]
As a result, by providing isolation between the wireless transmission unit and the wireless reception unit, it is possible to greatly reduce the flow of a large-amplitude high-frequency signal from the wireless transmission unit into the demodulation circuit in the wireless reception unit. I can do it. Therefore, a filter circuit having a high-performance band rejection characteristic before the demodulation circuit, which is conventionally required for filtering the large-amplitude high-frequency signal, becomes unnecessary, and the efficiency of the filter circuit due to the insertion loss is not reduced.
[0029]
Further, by providing directionality between the resonance circuit unit including the loop antenna and the capacitor and the radio reception unit, a high-frequency signal flowing from the loop antenna side to the radio reception unit side, that is, a high-frequency signal generated from the radio transmission unit ( Incident wave) arrives at the loop antenna side via the first isolator, is reflected from the loop antenna side as a reflected wave corresponding to the antenna impedance in a desired frequency band, and the wave travels in the opposite direction. The signal (reflected wave) is again input to the second isolator, output from one end of the second isolator, and guided to the wireless receiver. As a result, as described above, the input signal to the radio receiving unit is only a high-frequency signal (reflected wave) corresponding to the antenna impedance in the desired frequency band, and has an ideal circuit configuration, and has a reading characteristic having good reception characteristics. / Writing device can be provided.
[0030]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the definition of a non-contact IC card in the present invention is not limited to a so-called card, but is a wireless communication medium capable of performing communication with a reading / writing device in a non-contact manner. Therefore, it includes what is called an IC tag, an ID tag, and an identification label depending on the use.
[0031]
(Embodiment 1)
Here, FIG. 1 is a block diagram of a non-contact IC card reading / writing device according toEmbodiment 1 of the present invention. FIG. 1A is a block diagram showing a non-contact IC card reader / writer according toEmbodiment 1 of the present invention, and FIG. 1B is a partial detailed view of FIG. 1A, as an example of a resonance circuit. FIG. 3 is a detailed diagram when a series resonance circuit is used. FIG. 1A is a block diagram showing a part related to the connection between the read /write device 111 and thenon-contact IC card 112 in the non-contact IC card system. In the case of transmission data transmission in FIG. 1, a carrier wave from an oscillator 6 is input to amodulator 7 and modulated by data DATAa. This is amplified by thepower amplifier 8, transmitted through thematching circuit 9, and transmitted from theloop antenna 5 via the primary line between the terminals a and b of the directional coupler 4 shown in FIG. In the case of only power transmission, the carrier from the oscillator 6 is transmitted without modulation. The transmission from the read /write device 111 to thenon-contact IC card 112 is performed by magnetic flux generated by theloop antenna 5 interlinking with theantenna coil 12 of thenon-contact IC card 112 due to electromagnetic coupling and exciting an induced voltage. Done. In thenon-contact IC card 112, the induced voltage of theantenna coil 12 is rectified by a rectifier circuit (not shown) in theIC chip 13 and used as a power source for each circuit in the non-contact IC card. The same induced voltage is guided to a demodulation circuit (not shown) to demodulate data from the read / write device.
[0032]
Next, at the time of data transmission from thenon-contact IC card 112 to the read /write device 111, the read / write device transmits a non-modulated carrier wave and only supplies power to the non-contact IC card. On the non-contact IC card side, for example, a load resistor (not shown) connected to theantenna coil 13 and a switch (not shown) according to data DATAb read from a memory (not shown) in theIC chip 13. )), This switch is turned on and off in accordance with the data “1” and “0” bits. In the read /write device 111, when the switch is turned on and off as described above, the load on theantenna coil 12 fluctuates. This variation is transmitted to theloop antenna 5 on the read / write device side by electromagnetic induction, and the impedance on theloop antenna 5 side fluctuates. Therefore, a high-frequency signal flowing from theloop antenna 5 to thewireless receiving unit 2, that is, a high-frequency signal (incident wave) emitted from thewireless transmitting unit 1 passes through a primary line between the terminals a and b of the directional coupler 4. , Reaches theloop antenna 5 side, and is reflected from theloop antenna 5 side as a reflected wave corresponding to a change in antenna impedance in a desired frequency band, and as a high-frequency signal (reflected wave) in which the traveling direction of the wave is reversed. It is again input to the directional coupler 4, output from one end c of the secondary line between the terminals b and c of the directional coupler 4, and guided to thewireless receiving unit 2. As a result, the input signal to theradio receiving unit 2 becomes only a high-frequency signal (reflected wave) according to the change of the antenna impedance in the desired frequency band as described above, and has an ideal circuit configuration, and excellent reception characteristics. It will have.
[0033]
(Embodiment 2)
Here, FIG. 2 is a block diagram of a non-contact IC card reading / writing device according toEmbodiment 2 of the present invention. FIG. 2A is a block diagram showing a non-contact IC card reader / writer according toEmbodiment 2 of the present invention, and FIG. 2B is a partial detailed view of FIG. 2A, as an example of a resonance circuit. FIG. 3 is a detailed diagram when a series resonance circuit is used. FIG. 2A is a block diagram showing a portion related to the connection between the read /write device 111 and thenon-contact IC card 112 in the non-contact IC card system. In FIG. 2, in the case of transmission data transmission, a carrier wave from an oscillator 6 is input to amodulator 7 and modulated by data DATAa. This is amplified by thepower amplifier 8, transmitted through thematching circuit 9, and transmitted from theloop antenna 5 via the primary line between the terminals a and b of thecirculator 14 shown in FIG. The carrier wave from the oscillator 6 is transmitted without any modulation.The transmission from the read /write device 111 to thenon-contact IC card 112 is performed by the magnetic flux generated by theloop antenna 5 due to the electromagnetic coupling. This is performed by exciting the induced voltage by linking with theantenna coil 12. In thenon-contact IC card 112, the induced voltage of theantenna coil 12 is rectified by a rectifier circuit (not shown) in theIC chip 13 to perform the non-contact. It is used as a power supply for each circuit in the IC card, and the same induced voltage is guided to a demodulation circuit (not shown) to demodulate data from the read / write device.
[0034]
Next, at the time of data transmission from thenon-contact IC card 112 to the read /write device 111, the read / write device transmits a non-modulated carrier wave and only supplies power to the non-contact IC card. On the non-contact IC card side, for example, a load resistor (not shown) connected to theantenna coil 13 and a switch (not shown) according to data DATAb read from a memory (not shown) in theIC chip 13. )), This switch is turned on and off in accordance with the data “1” and “0” bits. In the read /write device 111, when the switch is turned on and off as described above, the load on theantenna coil 12 fluctuates. This variation is transmitted to theloop antenna 5 on the read / write device side by electromagnetic induction, and the impedance on theloop antenna 5 side fluctuates. Therefore, a high-frequency signal flowing from theloop antenna 5 to thewireless receiving unit 2, that is, a high-frequency signal (incident wave) emitted from thewireless transmitting unit 1 passes through the primary line between the terminals a and b of thecirculator 14 and passes through the loop antenna. 5 and is reflected from theloop antenna 5 side as a reflected wave corresponding to the change of the antenna impedance in a desired frequency band, and again as a high-frequency signal (reflected wave) in which the traveling direction of the wave is reversed, thecirculator 14 again. And output from one end c of the secondary line between the terminals b and c of thecirculator 14 and guided to thewireless receiving unit 2. As a result, the input signal to theradio receiving unit 2 becomes only a high-frequency signal (reflected wave) according to the change of the antenna impedance in the desired frequency band as described above, and has an ideal circuit configuration, and excellent reception characteristics. It will have.
[0035]
(Embodiment 3)
Here, FIG. 3 is a block diagram of a non-contact IC card reading / writing device according toEmbodiment 3 of the present invention. FIG. 3A is a block diagram showing a non-contact IC card reader / writer according toEmbodiment 3 of the present invention, and FIG. 3B is a partial detailed view of FIG. 3A, as an example of a resonance circuit. FIG. 3 is a detailed diagram when a series resonance circuit is used. FIG. 3A is a block diagram showing a portion related to the connection between the read /write device 111 and thenon-contact IC card 112 in the non-contact IC card system. In the case of transmission data transmission in FIG. 3, a carrier wave from an oscillator 6 is input to amodulator 7 and modulated by data DATAa. Then, this is amplified by thepower amplifier 8, passed through thematching circuit 9, and transmitted from theloop antenna 5 via the first isolator 15 shown in FIG. In the case of only power transmission, the carrier from the oscillator 6 is transmitted without modulation. The transmission from the read /write device 111 to thenon-contact IC card 112 is performed by magnetic flux generated by theloop antenna 5 interlinking with theantenna coil 12 of thenon-contact IC card 112 due to electromagnetic coupling and exciting an induced voltage. Done. In thenon-contact IC card 112, the induced voltage of theantenna coil 12 is rectified by a rectifier circuit (not shown) in theIC chip 13 and used as a power source for each circuit in the non-contact IC card. The same induced voltage is guided to a demodulation circuit (not shown) to demodulate data from the read / write device.
[0036]
Next, at the time of data transmission from thenon-contact IC card 112 to the read /write device 111, the read / write device transmits a non-modulated carrier wave and only supplies power to the non-contact IC card. On the non-contact IC card side, for example, a load resistor (not shown) connected to theantenna coil 13 and a switch (not shown) according to data DATAb read from a memory (not shown) in theIC chip 13. )), This switch is turned on and off in accordance with the data “1” and “0” bits. In the read /write device 111, when the switch is turned on and off as described above, the load on theantenna coil 12 fluctuates. This variation is transmitted to theloop antenna 5 on the read / write device side by electromagnetic induction, and the impedance on theloop antenna 5 side fluctuates. Therefore, a high-frequency signal flowing from theloop antenna 5 side to thewireless receiving unit 2 side, that is, a high-frequency signal (incident wave) generated from thewireless transmitting unit 1 passes through the terminals a and b of the first isolator 15 and becomes a loop antenna. 5 and is reflected from theloop antenna 5 side as a reflected wave corresponding to a change in antenna impedance in a desired frequency band, and again as a high-frequency signal (reflected wave) in which the wave travels in the opposite direction. Is input to one end c of theisolator 16 and is guided to thewireless receiving unit 2 from the other end d. As a result, the input signal to theradio receiving unit 2 becomes only a high-frequency signal (reflected wave) according to the change of the antenna impedance in the desired frequency band as described above, and has an ideal circuit configuration, and excellent reception characteristics. It will have.
[0037]
As described above, the first to third embodiments of the present invention have been described. As described above, the carrier wave from the oscillator is amplified by the power amplifier, and a class E amplifier (E class amplifier) is used for the amplification. preferable. By using a class E amplifier, high-efficiency operation can be realized. Therefore, heat generation can be suppressed even when the transmission output is increased.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by providing isolation between the wireless transmission unit and the wireless reception unit, a large-amplitude high-frequency signal from the wireless transmission unit can be largely prevented from flowing into the demodulation circuit in the wireless reception unit. This eliminates the need for a filter circuit having a high-performance band rejection characteristic at the previous stage of the demodulation circuit, which is conventionally required for filtering the large-amplitude high-frequency signal, and reduces the power efficiency by the insertion loss of the filter circuit. I will not receive it. Further, by providing directivity between the resonance circuit unit including the loop antenna and the capacitor and the radio reception unit, an input signal to the radio reception unit can receive a high-frequency signal (reflected signal) corresponding to the antenna impedance in a desired frequency band. Wave), an ideal circuit configuration is obtained, and a non-contact IC card reading / writing device having good reception characteristics can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a non-contact IC card reading / writing device according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a block diagram of a non-contact IC card reading / writing device according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a block diagram of a non-contact IC card reading / writing device according to a third embodiment of the present invention;
FIG. 4 is an explanatory conceptual diagram of a conventional contactless IC card system.
FIG. 5 is a block diagram of a conventional non-contact IC card reading / writing device.
FIG. 6 is a block diagram of a conventional non-contact IC card reading / writing device.
[Explanation of symbols]
1 wireless transmitter
2 Radio receiver
3 Antenna resonance circuit
4 directional coupler
5 loop antenna
6 oscillator
7 Modulator
8 Power amplifier
9 Matching circuit
10 Demodulation circuit
12 Antenna coil
13 IC chip
14 Circulator
15 Isolator
16 Isolator
101 Non-contact IC card
102 Antenna coil
103 IC chip
104 loop antenna
105 read / write device
106 oscillator
107 modulator
108 power amplifier
109 Matching circuit
110 loop antenna
111 read / write device
112 Non-contact IC card
114 Demodulation circuit
115 resistor
116 Capacitor
117 resistor
118 capacitor
119 resistor
120 Matching transformer
121 Parallel resonance circuit

Claims (3)

Translated fromJapanese

非接触ＩＣカードに電磁誘導により電力と送信信号を供給し、前記非接触ＩＣカードから受信信号を負荷変動により取得するループアンテナと、このループアンテナを所望の周波数に共振させるための共振回路部と、前記共振回路部を介し前記ループアンテナに電力と送信データを供給する無線送信部および、前記ループアンテナから前記共振回路部を介して受信信号を取得する無線受信部を設け、その受信信号から復調回路により前記非接触ＩＣカードからのデータを復調するように構成された非接触ＩＣカード読取／書込装置であって、前記共振回路部と前記無線送信部と前記無線受信部を方向性結合器を介し結合したことを特徴とする非接触ＩＣカード読取／書込装置。A loop antenna that supplies power and a transmission signal to the non-contact IC card by electromagnetic induction and obtains a reception signal from the non-contact IC card by a load change, and a resonance circuit unit that resonates the loop antenna to a desired frequency. A wireless transmission unit that supplies power and transmission data to the loop antenna through the resonance circuit unit, and a wireless reception unit that acquires a reception signal from the loop antenna via the resonance circuit unit, and demodulates the reception signal. A non-contact IC card reading / writing device configured to demodulate data from the non-contact IC card by a circuit, wherein the resonance circuit unit, the wireless transmission unit, and the wireless reception unit are directional couplers. A non-contact IC card reading / writing device, characterized in that the device is coupled via a non-contact IC card.非接触ＩＣカードに電磁誘導により電力と送信信号を供給し、前記非接触ＩＣカードから受信信号を負荷変動により取得するループアンテナと、このループアンテナを所望の周波数に共振させるための共振回路部と、前記共振回路部を介し前記ループアンテナに電力と送信データを供給する無線送信部および、前記ループアンテナから前記共振回路部を介して受信信号を取得する無線受信部を設け、その受信信号から復調回路により前記非接触ＩＣカードからのデータを復調するように構成された非接触ＩＣカード読取／書込装置であって、前記共振回路部と前記無線送信部と前記無線受信部をサーキュレータを介し結合したことを特徴とする非接触ＩＣカード読取／書込装置。A loop antenna that supplies power and a transmission signal to the non-contact IC card by electromagnetic induction and obtains a reception signal from the non-contact IC card by a load change, and a resonance circuit unit that resonates the loop antenna to a desired frequency. A wireless transmission unit that supplies power and transmission data to the loop antenna through the resonance circuit unit, and a wireless reception unit that acquires a reception signal from the loop antenna via the resonance circuit unit, and demodulates the reception signal. A non-contact IC card read / write device configured to demodulate data from the non-contact IC card by a circuit, wherein the resonance circuit unit, the wireless transmission unit, and the wireless reception unit are coupled via a circulator. A non-contact IC card reading / writing device, characterized in that:非接触ＩＣカードに電磁誘導により電力と送信信号を供給し、前記非接触ＩＣカードから受信信号を負荷変動により取得するループアンテナと、このループアンテナを所望の周波数に共振させるための共振回路部と、前記共振回路部を介し前記ループアンテナに電力と送信データを供給する無線送信部および、前記ループアンテナから前記共振回路部を介して受信信号を取得する無線受信部を設け、その受信信号から復調回路により前記非接触ＩＣカードからのデータを復調するように構成された非接触ＩＣカード読取／書込装置であって、前記共振回路部と前記無線送信部と前記無線受信部をアイソレータを介し結合したことを特徴とする非接触ＩＣカード読取／書込装置。A loop antenna that supplies power and a transmission signal to the non-contact IC card by electromagnetic induction and obtains a reception signal from the non-contact IC card by a load change, and a resonance circuit unit that resonates the loop antenna to a desired frequency. A wireless transmission unit that supplies power and transmission data to the loop antenna through the resonance circuit unit, and a wireless reception unit that acquires a reception signal from the loop antenna via the resonance circuit unit, and demodulates the reception signal. A non-contact IC card read / write device configured to demodulate data from the non-contact IC card by a circuit, wherein the resonance circuit unit, the wireless transmission unit, and the wireless reception unit are coupled via an isolator. A non-contact IC card reading / writing device, characterized in that:

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