JP3870922B2

JP3870922B2 - 非接触タグ用の電子回路及び非接触タグ

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Publication number: JP3870922B2
Application number: JP2003098277A
Authority: JP
Inventors: 晋一郎渡辺
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2023-04-01
Also published as: JP2004303175A; US20040227619A1; US7158009B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、RFIＤ（RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION）ＩＣやＲＦＩＤタグ等の非接触タグに関し、特に、非接触タグ用の電子回路及び非接触タグに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の非接触タグ用の電子回路は、リーダライタとの交信データを受けるアンテナコイルすなわち送受信素子を備えている。従来例として、特許文献１の「RFIＤ（RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION）およびＩＣカード」がある。この従来例の電子回路の電源回路は、アンテナコイルで受信した交流波を整流、平滑する構成となっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２５００９７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、非接触タグ用の電子回路に電気泳動やＬＣＤ等の表示器やメモリを搭載させたい場合もある。この場合、非接触タグがリーダから遠ざかった場合でも、表示器等は任意の時間表示できることが望ましい。そのため、従来例の電子回路の電源回路において、電圧昇圧のために一次電池や二次電池を使用した昇圧回路を構成する必要がある。昇圧回路は、昇圧コイルを使用しないで、コンデンサとトランジスタとを組み合わせたチャージポンプ式があるが、トランジスタが複数必要でＩＣの面積が増加してコストアップになってしまう。一方、昇圧コイルを使用する昇圧回路でも、昇圧コイルを別途設ける必要があってコストアップになる。
【０００５】
本発明は、このような従来の技術が有する解決すべき課題に着目してなされたものであって、非接触タグ用の電子回路に表示器やメモリを搭載させる場合、昇圧コイルを別途設ける必要がなく、低コストの非接触タグ用の電子回路を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、以下の手段を採用する。
（１）リーダライタに近接させてデータ交信する送受信素子を有し、前記送受信素子は、前記リーダライタに近接のとき、前記リーダライタからの電力供給に応じて共振するアンテナコイルを含む非接触タグ用の電子回路であって、前記送受信素子の共振回路構成用の第１接続端子と、昇圧回路構成用の第２接続端子とを有し、前記アンテナコイルが前記共振回路を構成する状態と、前記アンテナコイルが前記昇圧回路を構成する状態と、を切り替える回路切替手段と、前記第１接続端子を介して前記起電力を整流し整流電圧を生成する整流手段と、電池と、制御手段と、チャージポンプと、前記整流手段に並列接続され、かつ前記制御手段に接続されており前記整流電圧を蓄積する第１キャパシタと、前記整流手段に並列接続され、かつ前記チャージポンプと前記電池とに接続されており前記整流電圧を蓄積する第２キャパシタと、を備え、前記制御手段は前記回路切替手段と、前記整流手段と、前記チャージポンプとに接続されており、前記整流電圧に応じて前記回路切替制御信号及びスイッチング駆動信号を生し、前記電池は一端が前記制御手段と、他端が前記チャージポンプとに接続されており、前記回路切替制御信号に応じて前記回路切替手段により前記アンテナコイルと前記第２接続端子とが接続され前記昇圧回路が構成されるとき、前記整流電圧に基づいて前記制御手段を介して前記第２接続端子と接続され、前記チャージポンプは、前記回路切替制御信号に応じて前記回路切替手段により前記アンテナコイルと前記第２接続端子とが接続され前記昇圧回路が構成されるとき、前記スイッチング駆動信号に応じてオンオフすると共に、オン時に前記電池から前記アンテナコイルを介して導通する第１電流を流して前記アンテナコイルに電荷を蓄える一方、オフ時に前記アンテナコイルに発生する逆起電力に基づいた昇圧電圧を前記第２キャパシタに供給して前記アンテナコイルから前記第２キャパシタに第２電流を流し、前記第２キャパシタは、前記第２電流により蓄えられた電圧を前記電池及び前記第１キャパシタへ供給することを特徴とする非接触タグ用の電子回路。
【０００７】
（２）リーダライタに近接させてデータ交信する送受信素子を有し、前記送受信素子は、前記リーダライタに近接のとき、前記リーダライタからの電力供給に応じて共振するアンテナコイルを含む非接触タグ用の電子回路であって、前記送受信素子の共振回路構成用の第１接続端子と、昇圧回路構成用の第２接続端子とを有し、前記アンテナコイルが前記共振回路を構成する状態と、前記アンテナコイルが前記昇圧回路を構成する状態と、を切り替える回路切替手段と、前記第１接続端子を介して前記起電力を整流し整流電圧を生成する整流手段と、前記整流手段に並列接続され前記整流電圧を蓄積する第１及び第２キャパシタと、前記整流手段に並列接続される電池と、前記電池の電圧に応じて前記回路切替制御信号及びスイッチング駆動信号を生成する制御手段と、前記回路切替制御信号に応じて前記昇圧回路が構成されるとき、前記スイッチング駆動信号に応じてオンオフすると共に、オン時に前記電池から前記アンテナコイルを介して導通する第１電流を流して前記アンテナコイルに電荷を蓄える一方、オフ時に前記アンテナコイルに発生する逆起電力に基づいた昇圧電圧を前記第２キャパシタに供給して前記アンテナコイルから前記第２キャパシタに第２電流を流すチャージポンプと、を更に備え、前記第１キャパシタは前記制御手段にさらに接続されており、前記第２キャパシタは前記チャージポンプと前記電池とにさらに接続されており、前記第２電流により蓄えられた電圧を前記電池及び前記第１キャパシタへ供給することを特徴とする非接触タグ用の電子回路。
【０００８】
（３）前記整流電圧を検出する整流電圧検出手段を更に備え、検出された前記整流電圧に応じて、前記電池が前記制御手段を介して前記第２接続端子に接続されることを特徴とする（１）に記載の非接触タグ用の電子回路。
【０００９】
（４）前記電池は充電可能であって、前記電池の電圧を検出する電池電圧検出手段を更に備え、検出された前記電池の電圧に基づいて前記回路切替制御信号が生成されることを特徴とする請求項に（２）に記載の非接触タグ用の電子回路。
【００１０】
（５）前記制御手段は、前記整流電圧又は前記電池の電圧に基づいて前記回路切替制御信号を生成するアンテナ切替回路と、前記回路切替制御信号に応じて所定のオンオフ動作時間の比に係るデューテイレイシオを持つスイッチングゲート信号を生成するＦＥＴ制御回路と、を備えることを特徴とする請求項（１）又は（２）に記載の非接触タグ用の電子回路。
【００１１】
（６）（１）から（５）のいずれか一項に記載の非接触タグ用の電子回路を用いたことを特徴とする非接触タグ。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態の構成）
本発明の第１実施形態に係る非接触タグ用の電子回路１１の構成を図１、図２、及び図３を参照して説明する。
【００１３】
第１実施形態の非接触タグ用の電子回路１１は、リーダライタに近接させてデータ交信する送受信素子１３を有し、リーダライタに近接し遠ざけるとき、リーダライタからの電力供給に応じて共振するアンテナコイルL及び共振コンデンサC０から成る共振回路を構成する。図３に示すように、リーダライタの近くにいる場合であって、電子回路１１の共振回路及びＲＦＩＤ回路が動作しているが、昇圧回路すなわち昇圧機能は停止している。
【００１４】
本実施形態の非接触タグ用の電子回路１１の特徴は、非接触タグをリーダライタに近接させ遠ざける行為を行ってアンテナコイルLが送受信素子１３の共振回路を構成する状態と、アンテナコイルLが昇圧回路を構成する状態と、を切り替える回路切替手段としての切替スイッチ１５を備えることである。
切替スイッチ１５は、上記ユーザーの行為を行ったときの電磁誘導作用によってアンテナコイルLに誘導された起電力Eに基づいた回路切替制御信号ＣＳに応じて二つの状態を切り替えるもので、回路切替制御信号ＣＳに応じて、アンテナコイルL側の接点１５ｃ１及び１５ｃ２が、共振回路接続用の第１接続端子１５−１a、１５−１ｂから昇圧回路接続用の第２接続端子１５−２a、１５−２ｂに接続されるように切り替わる。
【００１５】
すなわち、共振回路を構成する状態でアンテナコイルLに上記ユーザーの行為による誘導起電力Eを発生させて、誘導起電力Eに基づいて回路切替手段１５で昇圧回路を構成する状態とし、更に、昇圧回路を構成する状態において、チャージポンプ２１のＦＥＴのゲートにスイッチング信号（スイッチングゲート信号）ＳＧを印加して、オン時にアンテナコイルに電荷を蓄積するオン時動作と、オフ時にアンテナコイルLの蓄積電荷に係る逆起電力を発生させ、アンテナコイルLの逆起電力に基づく電荷を第２キャパシタＣ２に出力する動作を繰り返す。
【００１６】
第１実施形態の非接触タグ用の電子回路１１は、第１接続端子１５−１a、１５−１ｂを介して上述した電磁誘導起電力Eを整流し整流電圧Ｖｄｄを生成する整流手段としての整流回路１７と、整流回路１７に並列接続され整流電圧Ｖｄｄを蓄積する第１及び第２キャパシタC１、C２と、整流電圧Ｖｄｄに基づいた整流検出電圧Ｖｃｃに応じて切替スイッチ１５の第２接続端子１５−２ａに接続される電池B１と、回路切替制御信号ＣＳ及びスイッチング信号（スイッチングゲート信号）ＳＧを生成する制御回路１９（制御手段）と、回路切替制御信号ＣＳに応じて昇圧回路が構成されるとき、オン動作時に、前記電池Ｂ１からアンテナコイルＬを介して第１電流を流してアンテナコイルＬに電荷を蓄積し、オフ動作時にアンテナコイルＬに電荷蓄積に係る逆起電力を発生させ、逆起電力に基づく昇圧電圧を整流し第２キャパシタＣ２に更に電荷を蓄積して電池Ｂ１に供給するＦＥＴのチャージポンプ２１と、を更に備える。なお、第１キャパシタC１と第２キャパシタC２との間には、抵抗器R１が設けられ、第１キャパシタC１の方が、第２キャパシタC２より充電時間が大きい。
【００１７】
図２に示すように、制御回路１９は、整流電圧Ｖｄｄに基づいて回路切替信号ＣＳを生成するアンテナ切替回路１９ａと、回路切替信号ＣＳに応じて所定のオンオフ動作時間の比すなわちデューテイレイシオＤＲを持つスイッチングゲート信号ＳＧを生成するＦＥＴ制御回路１９ｂと、ＬＣＤ表示器２５を制御するＲＦＩＤ回路ＬＣＤ表示回路１９ｃと、を備える。なお、ＦＥＴのドレインからの昇圧電圧は、デューテイレイシオＤＲで調整する。
【００１８】
本実施形態では、整流電圧Ｖｄｄに基づいて検出電圧すなわち整流検出電圧Ｖｃｃを生成する整流電圧検出手段としての整流電圧検出回路１９−１を更に備え、整流検出電圧Ｖｃｃが閾値電圧Ｖｔｈ以下になると、電池Ｂ１が第２接続端子１５−２ａに制御回路１９を介して接続される。
詳しく述べると、チャージポンプ２１は、回路切替制御信号ＣＳに応じて昇圧回路が構成されるとき、スイッチングゲート信号ＳＧがゲートソース間に印加されるオン時において、制御回路１９を介してアンテナコイルLに電池B１からの第１電流がドレインソース間を介して流れアンテナコイルLに電荷が蓄積される一方、オフ時において、アンテナコイルLの蓄積電荷に係る逆起電力に基づいて昇圧電圧をドレインから生成するN型のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）と、キャパシタC２（共振回路構成時に所定の電荷を蓄積済み）に対して更に電荷を蓄積するように、昇圧電圧を整流するダイオードＤと、ＦＥＴのゲートにスイッチングゲート信号ＳＧが印加されるときでオン時にゲートソース間電流が流れてからドレインソース間電流が流れる抵抗器Ｒ０と、から成る。なお、ダイオードＤは、共振回路構成時においては、ＦＥＴへ逆流するのを阻止する。
【００１９】
図３を参照して、昇圧回路構成時には、整流電圧Ｖｄｄの整流検出電圧Ｖｃｃが閾値電圧Ｖｔｈ以下になり、ＲＦＩＤ回路は停止し、所定の時間すなわち時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、昇圧機能が動作する。そして十分昇圧されて、昇圧機能は停止する。
以上説明したように、本発明のチャージポンプ２１は、アンテナコイルＬに蓄積される電荷を逆起電力として第２キャパシタに放出するエネルギー蓄積形コンバーターを構成するものであれば良い。
【００２０】
（第１実施形態の動作）
第１実施形態に係る非接触タグ用の電子回路１１の動作を図１、図２、及び図３を参照して、述べる。
【００２１】
図１の共振回路が構成される状態は、初期状態で、第１キャパシタＣ１が充電され、少し充電時間がかかるが、第２キャパシタＣ２が充電される。そして、制御回路１９は、誘導起電力Ｅに基づいた整流電圧Ｖｄｄに応じて昇圧回路の接続を指示するための回路制御信号ＣＳを生成し回路切替手段１５に送出する。回路制御信号ＣＳに応じて、アンテナコイルL側の接点１５ｃ１及び１５ｃ２は、昇圧回路用の第２接続端子１５−２a、１５−２ｂに接続されるように切り替わり、これにより、昇圧回路が構成される。このとき、制御回路１９では、整流電圧Ｖｄｄに基づいた整流検出電圧Ｖｃｃに応じて電池Ｂ１の＋極が切替スイッチ１５の第２接続端子１５−２ａに接続されるように動作する。
【００２２】
そして、チャージポンプ２１のＦＥＴは、昇圧回路が構成され、スイッチングゲート信号ＳＧがＦＥＴのゲートソース間に印加されるＦＥＴのオン動作時に、制御回路１９を介してアンテナコイルLに電池B１からの第１電流がＦＥＴのゲートソース間を介して抵抗器Ｒ０に流れてアンテナコイルLに電荷を蓄積し、ＦＥＴのオフ動作時に、アンテナコイルLの蓄積電荷に係る逆起電力が発生し、逆起電力に基づいた昇圧電圧がダイオードＤを介して第２キャパシタＣ２に印加され、第２電流が流れる。
【００２３】
第２キャパシタＣ２の両端電圧は、抵抗器R１及び第1キャパシタＣ１に供給される。その後、この昇圧回路を構成する状態で、ＦＥＴのオンオフ動作が繰り返される結果、ＬＣＤ表示器２５の駆動に必要な電力が供給される。
【００２４】
（第２実施の形態の構成）
本発明の第２実施形態に係る非接触タグ用の電子回路３１の構成を図４を参照して説明する。なお、図１と同一の機能を有するものには同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００２５】
第２実施形態の非接触タグ用の電子回路３１では、第２キャパシタＣ２から抵抗器Ｒ１を介して充電可能な二次電池B２と、二次電池Ｂ２の電池電圧BV２に応じて回路制御信号ＣＳを生成して回路切替手段１５に送出する制御回路３９と、二次電池B２の検出電圧BV２を検出し抵抗器Ｒ２を介して制御回路３９に送出する電池電圧検出回路４１と、を備える。
【００２６】
（第２実施形態の動作）
第２実施形態の非接触タグ用の電子回路３１では、図４の共振回路構成のとき、二次電池B２の検出電圧BV２が低い状態であると、検出電圧BV２に応じて回路制御信号ＣＳが生成される。その結果、アンテナコイルL側の接点１５ｃ１及び１５ｃ２は、昇圧回路用の第２接続端子１５−２a、１５−２ｂに接続されるように切り替わり、これにより、昇圧回路が構成される。そして、ＦＥＴのオン動作時に、電池Ｂ２から抵抗器Ｒ２を介してアンテナコイルLに上述した第１電流が流れる一方、ＦＥＴのオフ動作時にドレインからの昇圧電圧がダイオードＤ経由でキャパシタC２に印加される第２電流が流れることにより、更に電荷がチャージされる。キャパシタC２の両端電圧は、抵抗器R１及び二次電池B２に供給され二次電池B２は充電される。このようにオンオフ動作を繰り返して、二次電池B２で十分な充電が行える。
【００２７】
（第１及び第２実施の形態に係る効果）
以上説明したように、本実施形態の非接触タグ用の電子回路によれば、回路切替制御信号ＣＳに応じて回路切替手段１５によって昇圧回路に切り替わり、昇圧回路を構成するチャージポンプのＦＥＴは、スイッチングゲート信号SＧがＦＥＴのゲートソース間に印加されＦＥＴのオン動作時に、アンテナコイルLに電池B１、Ｂ２からの第１電流を流して電荷を蓄積し、ＦＥＴのオフ動作時に、アンテナコイルLの蓄積電荷が逆起電力として動作して昇圧電圧が生成されダイオードを介して第２キャパシタに印加され、第２電流が第２キャパシタンスＣ２に流れる。共振回路構成時に充電済みの第２キャパシタが更に昇圧される結果、同様なスイッチング動作を繰り返し行って十分な電力の供給が行われる。したがって、昇圧コイルを別途設ける必要がなく、低コストの非接触タグ用の電子回路を提供が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第1実施形態に係る非接触タグ用の電子回路１１の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の非接触タグ用の電子回路１１に係る制御回路１９のブロック図である。
【図３】図１の非接触タグ用の電子回路１１の動作を説明するための図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る非接触タグ用の電子回路３１の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１第１実施形態に係る非接触タグ用の電子回路１３送受信素子１５回路切替手段（切替スイッチ）１５ｃ１及び１５ｃ２アンテナコイルL側の接点１５−１a、１５−１ｂ共振回路接続用の第１接続端子１５−２a、１５−２ｂ昇圧回路接続用の第２接続端子１７整流手段（整流回路）１９制御回路（制御手段）２１チャージポンプ２５ LCＤ表示器３１第２実施形態に係る非接触タグ用の電子回路３９制御回路（制御手段）４１電池電圧検出回路 C0 共振コンデンサ C１共振回路接続用の第１キャパシタ C２昇圧回路接続用の第２キャパシタ B１、B２電池 BV１、BV２検出電圧Ｖｃｃ整流検出電圧Ｖｔｈ閾値電圧ＣＳ回路切替制御信号ＳＧスイッチング信号（スイッチングゲート信号）Ｄダイオード E 誘導起電力または逆起電力ＦＥＴ N型のＦＥＴ（電界効果トランジスタ） R１、R２抵抗器 L アンテナコイル

Claims

リーダライタに近接させてデータ交信する送受信素子を有し、前記送受信素子は、前記リーダライタに近接のとき、前記リーダライタからの電力供給に応じて共振するアンテナコイルを含む非接触タグ用の電子回路であって、
前記送受信素子の共振回路構成用の第１接続端子と、昇圧回路構成用の第２接続端子とを有し、前記アンテナコイルが前記共振回路を構成する状態と、前記アンテナコイルが前記昇圧回路を構成する状態と、を切り替える回路切替手段と、
前記第１接続端子を介して前記起電力を整流し整流電圧を生成する整流手段と、
電池と、
制御手段と、
チャージポンプと、
前記整流手段に並列接続され、かつ前記制御手段に接続されており前記整流電圧を蓄積する第１キャパシタと、
前記整流手段に並列接続され、かつ前記チャージポンプと前記電池とに接続されており前記整流電圧を蓄積する第２キャパシタと、
を備え、
前記制御手段は前記回路切替手段と、前記整流手段と、前記チャージポンプとに接続されており、前記整流電圧に応じて前記回路切替制御信号及びスイッチング駆動信号を生し、
前記電池は一端が前記制御手段と、他端が前記チャージポンプとに接続されており、前記回路切替制御信号に応じて前記回路切替手段により前記アンテナコイルと前記第２接続端子とが接続され前記昇圧回路が構成されるとき、前記整流電圧に基づいて前記制御手段を介して前記第２接続端子と接続され、
前記チャージポンプは、前記回路切替制御信号に応じて前記回路切替手段により前記アンテナコイルと前記第２接続端子とが接続され前記昇圧回路が構成されるとき、前記スイッチング駆動信号に応じてオンオフすると共に、オン時に前記電池から前記アンテナコイルを介して導通する第１電流を流して前記アンテナコイルに電荷を蓄える一方、オフ時に前記アンテナコイルに発生する逆起電力に基づいた昇圧電圧を前記第２キャパシタに供給して前記アンテナコイルから前記第２キャパシタに第２電流を流し、
前記第２キャパシタは、前記第２電流により蓄えられた電圧を前記電池及び前記第１キャパシタへ供給することを特徴とする非接触タグ用の電子回路。
リーダライタに近接させてデータ交信する送受信素子を有し、前記送受信素子は、前記リーダライタに近接のとき、前記リーダライタからの電力供給に応じて共振するアンテナコイルを含む非接触タグ用の電子回路であって、
前記送受信素子の共振回路構成用の第１接続端子と、昇圧回路構成用の第２接続端子とを有し、前記アンテナコイルが前記共振回路を構成する状態と、前記アンテナコイルが前記昇圧回路を構成する状態と、を切り替える回路切替手段と、
前記第１接続端子を介して前記起電力を整流し整流電圧を生成する整流手段と、
前記整流手段に並列接続され前記整流電圧を蓄積する第１及び第２キャパシタと、
前記整流手段に並列接続される電池と、
前記電池の電圧に応じて前記回路切替制御信号及びスイッチング駆動信号を生成する制御手段と、
前記回路切替制御信号に応じて前記昇圧回路が構成されるとき、前記スイッチング駆動信号に応じてオンオフすると共に、オン時に前記電池から前記アンテナコイルを介して導通する第１電流を流して前記アンテナコイルに電荷を蓄える一方、オフ時に前記アンテナコイルに発生する逆起電力に基づいた昇圧電圧を前記第２キャパシタに供給して前記アンテナコイルから前記第２キャパシタに第２電流を流すチャージポンプと、
を更に備え、
前記第１キャパシタは前記制御手段にさらに接続されており、
前記第２キャパシタは前記チャージポンプと前記電池とにさらに接続されており、前記第２電流により蓄えられた電圧を前記電池及び前記第１キャパシタへ供給することを特徴とする非接触タグ用の電子回路。
前記整流電圧を検出する整流電圧検出手段
を更に備え、検出された前記整流電圧に応じて、前記電池が前記制御手段を介して前記第２接続端子に接続されることを特徴とする請求項１に記載の非接触タグ用の電子回路。
前記電池は充電可能であって、
前記電池の電圧を検出する電池電圧検出手段を更に備え、検出された前記電池の電圧に基づいて前記回路切替制御信号が生成されることを特徴とする請求項２に記載の非接触タグ用の電子回路。
前記制御手段は、
前記整流電圧又は前記電池の電圧に基づいて前記回路切替制御信号を生成するアンテナ切替回路と、
前記回路切替制御信号に応じて所定のオンオフ動作時間の比に係るデューテイレイシオを持つスイッチングゲート信号を生成するＦＥＴ制御回路と、
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の非接触タグ用の電子回路。
請求項１から５のいずれか一項に記載の非接触タグ用の電子回路を用いたことを特徴とする非接触タグ。