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JP6855989B2 - Ｒｆタグ回路 - Google Patents

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Description

本発明は、アンテナと負荷とに接続されるＲＦタグ回路に関する。
近年、ＲＦタグの発展は目覚ましく、本来の個体識別用途以外にも受信した電波によって供給される電力をエネルギー源として、センサ、ＬＥＤ、ＩＣ、マイコン、通信回路、ＲＦタグ回路等によって例示される負荷を駆動する用途が増えている。これら負荷の動作には、安定的に電力が供給されるよう、ＲＦタグにおいて受け取る電力をより大きくすることが好ましい。このようなＲＦタグ回路では、アンテナとＲＦタグ回路との間のインピーダンスの不整合により負荷に対する給電能力が低下することがある。インピーダンスの不整合は、例えば、金属片や水、油等の誘電体がアンテナに付着するもしくは接近することでアンテナのインピーダンス変化に起因して生じることがある。そのため、アンテナとＲＦタグ回路との間のインピーダンスを整合させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−１１１４７０号公報
電波によって供給されるエネルギーは、負荷の駆動とその他の処理とを同時に行うには不足することが多い。そのため、ＲＦタグ回路では、負荷は所定周期で起動されて駆動し、負荷が駆動していないときにその他の処理が実行されることが多い。
インピーダンスの調整では、ＲＦタグ回路のインピーダンスを変更しながらＲＦタグ回路が生成する電力が増加するようにインピーダンス値が探索される。負荷が駆動していないときは電圧が飽和（例えば、リミッターによる制限値に達している状態）しているため、負荷が駆動していないときにインピーダンス調整を行っても電力の上昇を検出できず、適切なインピーダンス調整を行うことが困難となる。そのため、インピーダンス調整は負荷の駆動中に行われることが好ましい。
インピーダンス値の探索では、ＲＦタグ回路が生成する電力が安定している状態でインピーダンスの調整が行われることが好ましい。そのため、負荷の駆動期間は、ＲＦタグ回路が生成する電力が安定するまでの期間を確保できるように決定される。その結果、ＲＦタグ回路が生成する電力が安定するまでの期間よりも短い時間で駆動できる負荷を採用しても、負荷の駆動期間を短縮することは困難であった。
そこで、開示の技術の１つの側面は、ＲＦタグ回路が生成する電力が不安定な状態であってもインピーダンス調整を実行可能なＲＦタグ回路を提供することを目的とする。
本開示の一例は、アンテナと負荷とに接続されるＲＦタグ回路によって例示される。本ＲＦタグ回路は、整流回路と、マッチング回路と、制御部と、調整部とを備える。整流回路は、アンテナが受信した電波を整流して直流電力を供給する。マッチング回路は、アンテナと整流回路との間に配置され、インピーダンスが可変である。制御部は、負荷の起動と停止を繰り返し制御する。調整部は、負荷が起動してから所定時間経過したときにマッ
チング回路のインピーダンスを所定の方向に変化させるとともに整流回路が生成する第１の電力を記憶し、第１の電力が生成される時点より後のタイミングで負荷が起動してから所定時間経過したときの整流回路が生成する第２の電力と記憶した第１の電力との大小関係に基づいて、マッチング回路のインピーダンスを変化させる。
上記構成において、負荷は、受信した電波によって供給される電力をエネルギー源として駆動する素子である。負荷は、例えば、センサ、ＬＥＤ、ＩＣ、マイコン、通信回路、ＲＦタグ回路等である。マッチング回路は可変インピーダンス素子を含む。可変インピーダンス素子は、例えば、複数のコンデンサを組み合わせた回路であってもよいし、バラクタダイオードのようなアナログ制御素子であってもよい。上記構成では、負荷の起動から負荷の駆動時間以下である所定時間経過したときにマッチング回路のインピーダンスを所定の方向に変化させるとともに整流回路が生成する第１の電力を記憶する。ＲＦタグ回路は、第１の電力が生成される時点より後のタイミングで負荷が起動してから所定時間経過したときに整流回路が生成する第２の電力と記憶した第１の電力との大小関係に基づいてマッチング回路のインピーダンスを変化させる。たとえば、所定の方向がインピーダンスを増加させる方向であった場合、アンテナとＲＦタグ回路との間のインピーダンスが整合すると、第２の電力は第１の電力以下となる。そのため、第２の電力と第１の電力とを比較することで、ＲＦタグ回路は、インピーダンスが整合したか否かを判定でき、インピーダンスが整合していない場合にはさらにマッチング回路のインピーダンスを増加させる事ができる。なお、所定の方向としてインピーダンスを増加させる方向を採用する場合、アンテナとＲＦタグ回路とが整合するインピーダンス値の探索アルゴリズムは、インピーダンスを単調増加させる線形探索によることになる。しかしながら、インピーダンス値の探索アルゴリズムは、単調増加による線形探索に限定されない。インピーダンス値の探索アルゴリズムには、単調減少による線形探索、二分探索、木探索等の任意のアルゴリズムが採用可能である。また、負荷の起動から所定時間経過したときの電圧が比較されることで、ＲＦタグ回路は、負荷の起動による電圧降下によって整流回路が生成する電力が安定していない状態であっても電力の変動を検出できる。電力が安定していない状態であっても電力の変動を検出できるため、上記構成において、所定時間は、負荷の時定数で示される時間未満であってもよい。
上記構成において、ＲＦタグ回路とアンテナとの間のインピーダンスが不整合である場合に、インピーダンス調整の開始を指示する調整指示を調整部に送信する指示回路をさらに備えてもよい。調整部は、指示回路から調整指示を受信すると処理を開始してもよい。このような構成とすることで、ＲＦタグ回路とアンテナとの間のインピーダンスが不整合である場合に、ＲＦタグ回路はインピーダンスの調整を実行できる。
上記構成において、ＲＦタグ回路とアンテナとの間のインピーダンスが不整合である場合は、整流回路が生成する電圧が負荷の起動に伴う電圧降下により所定の閾値未満となる場合を含んでもよい。所定の閾値は、例えば、負荷を安定して駆動させることが可能な電圧を基に決定される。このような構成とすることで、整流回路から供給される電力が負荷の安定した駆動に不足する場合に、ＲＦタグ回路はインピーダンスの調整を実行することができる。
上記構成において、ＲＦタグ回路とアンテナとの間のインピーダンスが不整合である場合は、アンテナを介した無線通信により負荷を利用する装置（例えば、リーダライタ装置や通信インタフェース）から受信した負荷に対するコマンドの実行結果がエラーであった場合を含んでもよい。アンテナを介した無線通信により負荷を利用する装置は、例えば、コンピュータ等の上位装置に、アンテナが取り付けられたリーダライタを接続したリーダライタ装置である。負荷に対するコマンドの実行結果がエラーである場合、アンテナとＲＦタグ回路とのインピーダンスの不整合による影響で整流回路が生成する電力が低下し、
その結果、負荷が安定動作していない場合が考えられる。そのため、このような構成とすることで、ＲＦタグ回路は負荷が安定動作していない場合にインピーダンスの調整を実行できる。
上記構成において、ＲＦタグ回路とアンテナとの間のインピーダンスが不整合である場合は、アンテナを介した無線通信により負荷を利用する装置からインピーダンス調整の指示を受信した場合を含んでもよい。負荷を利用する装置は、例えば、負荷からの応答でエラーを受信した場合、負荷に対してコマンドを送信する場合等にインピーダンス調整の指示を送信する。そのため、このような構成とすることで、ＲＦタグ回路は負荷を利用する装置からの指示に応じてインピーダンスの調整を実行できる。さらに、上記構成において、負荷は所定の周期で起動されてもよい。なお、所定の周期は、各周期における１周期にかかる時間が厳密に一致しなくともよい。すなわち、１周期分にかかる時間は多少変動があってもよい。
本ＲＦタグ回路は、電圧が不安定な状態であってもインピーダンス調整を実行可能である。
図１は、実施形態に係るＲＦタグ回路の構成および使用態様の一例を示す図である。 図２は、マッチング回路の構成の一例を示す図である。 図３は、マッチング回路の可変容量の構成の一例を示す図である。 図４は、整流回路の構成の一例を示す図である。 図５は、負荷制御回路の構成の一例を示す図である。 図６は、調整トリガ生成回路の構成の一例を示す図である。 図７は、インピーダンス調整制御回路の構成の一例を示す図である。 図８は、インピーダンス調整制御回路によるインピーダンス調整フローの一例を示す図である。 図９は、実施形態に係る処理フローの一例を示す図である。 図１０は、実施形態における整流回路から出力される電源電圧の変動の一例を示す図である。 図１１は、実施形態で送信される各種信号の波形の一例を示す図である。 図１２は、変形例に係るＲＦタグ回路の構成の一例を示す図である。 図１３は、変形例に係る処理フローの一例を示す図である。 図１４は、変形例で送信される各種信号の波形の一例を示す図である。
以下、図面を参照して、実施形態について説明する。以下に示す実施形態の構成は例示であり、開示の技術は実施形態の構成に限定されない。
＜第１実施形態＞
図１は、実施形態に係るＲＦタグ回路１０の構成および使用態様の一例を示す図である。ＲＦタグ回路１０は、アンテナ２０および負荷３０に接続される。ＲＦタグ回路１０は、リーダライタ装置４０が無線にて、負荷３０を利用できるシステムを構築する回路である。負荷３０は、受信した電波によって供給される電力をエネルギー源として駆動する素子である。負荷３０は、例えば、センサ、ＬＥＤ、ＩＣ、マイコン等である。ＲＦタグ回路１０は、リーダライタ装置４０から受信する電波をエネルギー源として負荷３０を駆動させる回路である。ＲＦタグ回路１０は、負荷３０を所定周期で起動して駆動し、負荷を駆動していない期間に通信等の他の処理を実行する。ＲＦタグ回路１０は、ワイヤレス給
電回路、ワイヤレス給電装置ということもできる。また、ＲＦタグ回路１０に接続された負荷３０は、ワイヤレスセンサということもできる。ＲＦタグ回路１０は、例えば、ＩＣチップ、ディスクリート部品を組み合わせた回路、ＩＣチップとディスクリート部品を組み合わせた回路のいずれかとして実現されるものである。また、リーダライタ装置４０は、例えば、コンピュータ等の上位装置４３に、アンテナ４１が取り付けられたリーダライタ４２を接続した装置である。負荷３０は、「負荷」の一例である。リーダライタ装置４０は、「前記アンテナを介した無線通信により前記負荷を利用する装置」の一例である。
ＲＦタグ回路１０は、例えば、リーダライタ装置４０からの電波を受信するアンテナ２０と、リーダライタ装置４０に利用させる負荷３０とに接続される回路である。ＲＦタグ回路１０は、マッチング回路１１、整流回路１２、負荷制御回路１３、インピーダンス調整制御回路１４、制御部／記憶部１５、調整トリガ生成回路１６および通信回路１８を備える。
マッチング回路１１は、アンテナ２０とＲＦタグ回路１０内の回路とのインピーダンスを整合させるための回路である。マッチング回路１１は、アンテナ２０と整流回路１２との間に配置される。マッチング回路１１の具体的な回路構成は特に限定されない。マッチング回路１１の回路構成は、例えば、図２に例示するように、２つのインダクタ５１、５２と、インピーダンス調整制御回路１４からの調整信号により容量を変更可能な可変容量コンデンサ５３とを組合せた回路であってもよい。インピーダンス調整制御回路１４から受信する調整信号によって容量を変更可能な可変容量コンデンサ５３としては、例えば、互いに容量の異なるコンデンサＣ１〜Ｃ５とスイッチＳＣ１〜ＳＣ５とを図３に例示するように組み合わせた回路を使用することができる。また、マッチング回路１１は、バラクタダイオードのようなアナログ制御素子であってもよい。ＲＦタグ回路１０では、金属片や水、油等の誘電体がアンテナ２０に付着するもしくは接近することで、アンテナ２０のインピーダンスが変化し得る。アンテナ２０のインピーダンス変化によりアンテナ２０とＲＦタグ回路１０内の回路との間のインピーダンス不整合が大きくなると、アンテナ２０からＲＦタグ回路１０内の回路へのエネルギー伝送効率が低下する。そこで、マッチング回路１１によってアンテナ２０とＲＦタグ回路１０内の回路とのインピーダンスを整合させることで、アンテナ２０からＲＦタグ回路１０内の回路へのエネルギー伝送効率の低下が抑制される。マッチング回路１１は、「マッチング回路」の一例である。
整流回路１２は、電波を受信したアンテナ２０が出力する交流電力を整流して直流（ＤＣ）電力を負荷３０及びＲＦタグ回路１０内の各部（負荷制御回路１３、インピーダンス調整制御回路１４）に供給する回路である。図４は、整流回路１２の構成の一例を示す図である。整流回路１２としては、図４に例示されるような、２つのダイオードＤ（Ｄ１とＤ２等）とコンデンサＣ（Ｃ１とＣ２等）とにより構成された倍電圧整流回路を多段接続した回路であってもよい。整流回路１２は、負荷３０の駆動に用いるＶＯＵＴ（電源電圧）とは別に、インピーダンス調整で使用するための別系統の直流信号を生成してもよい。整流回路１２は、「整流回路」の一例である。
通信回路１８は、アンテナ２０を介してリーダライタ装置４０と無線通信を行うための回路である。通信回路１８は、リーダライタ装置４０から受信した電波からコマンド等の情報を取り出す復調回路と、リーダライタ装置４０に送信する情報を電波によって伝送するために変調する変調回路とを含む。通信回路１８は、例えば、リーダライタ装置４０から無線通信によって送信されるコマンドを受信し、また、コマンドの実行結果等の情報をリーダライタ装置４０に無線通信によって送信する。
負荷制御回路１３は、制御部／記憶部１５から受信した信号に応じて負荷３０を起動させる回路である。図５は、負荷制御回路１３の構成の一例を示す図である。負荷制御回路
１３としては、図５に例示されるように、負荷３０への電力供給のオンとオフとを切り替えるスイッチSW１３１およびコンデンサ１３２を備える回路を利用することができる。コンデンサ１３２は、例えば、整流回路１２から供給される直流電力を蓄電する。コンデンサ１３２は、例えば、整流回路１２から供給される直流電力のうち、負荷３０の駆動に利用されない余剰分を蓄電してもよい。余剰分の電力は、例えば、負荷３０の駆動期間外にアンテナ２０が受信した電波によって供給された電力である。コンデンサ１３２に蓄電された電力は負荷３０に供給される。コンデンサ１３２は、容量が比較的大きいもの（例えば、負荷３０の抵抗成分の逆数より容量が大きいもの（時定数の大きい（〜秒オーダー）もの））を選定することで、負荷３０に供給される電圧の降下を抑制できる。このようなコンデンサ１３２が選定されることで、リーダライタ装置４０からの受信状況が悪化する等の理由により瞬間的な電力遮断等が生じた場合でも、負荷３０をより安定して動作させることが可能となる。スイッチSW１３１は、負荷制御回路１３が制御部／記憶部１５から負荷制御信号を受信している間オンにされる。スイッチSW１３１がオンにされることで整流回路１２から供給される直流電力が負荷３０に供給され、負荷３０が起動される。そのため、負荷制御回路１３が負荷制御信号を受信している間、負荷３０は継続して駆動する。
制御部／記憶部１５は、負荷制御回路１３のスイッチSW１３１のオンにする負荷制御信号を所定周期で送信する。負荷制御信号は、インピーダンス調整制御回路にも送信される。制御部／記憶部１５は、例えば、所定周期で外部から入力される命令（クロック信号等）に応じて負荷制御信号を負荷制御回路１３に送信することで、負荷制御回路１３のスイッチSW１３１をオンにする。その結果、負荷３０は、所定周期で起動される。制御部／記憶部１５は、「制御部」の一例である。
制御部／記憶部１５は、例えば、プロセッサと記憶部とを組み合わせた素子である。プロセッサは単一のプロセッサに限定される訳ではなく、マルチプロセッサ構成であってもよい。また、単一のソケットで接続される単一のプロセッサがマルチコア構成を有していても良い。プロセッサが実行する処理のうち少なくとも一部は、例えば、Digital Signal
Processor（ＤＳＰ）、Graphics Processing Unit（ＧＰＵ）、数値演算プロセッサ、ベクトルプロセッサ、画像処理プロセッサ等の専用プロセッサで行われても良い。また、プロセッサが実行する処理のうち少なくとも一部は、集積回路（ＩＣ）、その他のディジタル回路によって実行されてもよい。また、プロセッサの少なくとも一部にアナログ回路が含まれても良い。集積回路は、Large Scale Integrated circuit（ＬＳＩ）、Application Specific Integrated Circuit（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬ
Ｄ）を含む。ＰＬＤは、例えば、Field-Programmable Gate Array（ＦＰＧＡ）を含む。
プロセッサは、プロセッサと集積回路との組み合わせであっても良い。組み合わせは、例えば、マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）、System-on-a-chip（ＳｏＣ）、システムＬＳＩ、チップセットなどと呼ばれる。記憶部は、プロセッサから読み書き可能な記憶媒体である。記憶部は、例えば、プロセッサから直接アクセスされる記憶媒体である。記憶部は、例えば、Random Access Memory（ＲＡＭ）およびRead Only Memory（ＲＯＭ）を含む。
調整トリガ生成回路１６は、インピーダンス調整の開始を指示する調整トリガをインピーダンス調整制御回路１４に送信する。調整トリガ生成回路１６は、例えば、整流回路１２からインピーダンス調整制御回路１４に入力される電源電圧が所定の閾値を下回った際に調整トリガを送信する。調整トリガ生成回路１６は、例えば、外部の回路から入力される外部調整トリガが入力された場合に調整トリガを送信してもよい。調整トリガ生成回路１６は、「指示回路」の一例である。調整トリガは、「調整指示」の一例である。
図６は、調整トリガ生成回路１６の構成の一例を示す図である。調整トリガは後述する
ように様々な事象を契機として生成されるが、図６では整流回路１２から供給される電源電圧を基に調整トリガを生成する調整トリガ生成回路１６の構成について例示する。なお、図６に例示される調整トリガ生成回路１６がＲＦタグ回路１０に採用される場合、図１において整流回路１２から調整トリガ生成回路１６に対して電源電圧を供給する配線が追加される。調整トリガ生成回路１６は、例えば、閾値生成回路１６１、比較回路１６２、ＯＲ器１６３およびタイマ１６４を含む。閾値生成回路１６１は、閾値１および閾値２の２種類の閾値を生成する回路である。閾値１は、例えば、インピーダンス調整を開始する基準値となる電圧を示す値である。閾値１は、例えば、負荷３０を安定して動作させることが可能な電圧の下限値に対して安全係数を考慮して決定される。閾値２は、例えば、負荷３０を安定動作可能な電圧の下限を示す。閾値１は閾値２より大きく、閾値２は負荷３０が駆動可能な電圧値の下限より高い。閾値生成回路１６１は、例えば、整流回路１２から入力される電源電圧に基づいて閾値１を決定してもよい。また、閾値生成回路１６１は閾値２を予めメモリ上に保持してもよい。比較回路１６２は、閾値生成回路１６１から入力される閾値１、閾値２と整流回路１２から入力される電源電圧とを比較する。電源電圧が閾値２より低い場合、負荷３０の安定動作が期待できない。そのため、調整トリガ生成回路１６は、制御部／記憶部１５に対して負荷強制ＯＦＦ信号を送信する。負荷強制ＯＦＦ信号は、負荷３０が起動される所定周期にかかわらず負荷３０をオフにさせる指示である。電源電圧が閾値２より大きく閾値１よりは小さい場合は、調整トリガ生成回路１６は制御部／記憶部１５に対して負荷強制ＯＮ信号を送信するとともに、タイマ１６４による計時を開始する。負荷強制ＯＮ信号は、負荷３０が起動される所定周期にかかわらず負荷３０を継続して駆動させる指示である。タイマ１６４には負荷３０に供給される電源電圧が安定すると考えられる電圧安定期間が記憶されており、調整トリガ生成回路１６はタイマ１６４による計時開始から電圧安定期間経過後に制御部／記憶部１５の調整トリガを送信する。電源電圧が安定すると考えられる電圧安定期間としては、例えば、負荷３０の時定数の２倍から４倍程度の期間が例示される。
調整トリガ生成回路１６は、例えば、外部調整トリガを用いずに閾値の比較結果に基づいて調整トリガを送信してもよい。この場合、ＯＲ器１６３が調整トリガ生成回路１６から省略されてもよい。また、調整トリガ生成回路１６は、例えば、閾値を用いずに外部調整トリガが入力された際に調整トリガを送信してもよい。この場合、閾値生成回路１６１および比較回路１６２が調整トリガ生成回路１６から省略されてもよい。
図６に例示される調整トリガ生成回路１６では、閾値生成回路１６１によって生成された閾値と電源電圧との比較結果と外部調整トリガの入力に基づいて調整トリガを送信する。しかしながら、調整トリガ生成回路１６が調整トリガを送信する契機は、これらに限定されない。調整トリガ生成回路１６は、例えば、整流回路１２が生成する電源電圧を監視し、電源電圧の監視結果に基づいて調整トリガを送信してもよい。電源電圧の監視は、例えば、電源立ち上がりの検出、電池接続の検出、リミッタ解除および図６を参照して説明した閾値との比較を含む。電源立ち上がりの検出は、例えば、Power on Reset（ＰＯＲ）の検出、ＲＦタグ回路１０に接続された外部電源からの電力供給開始、電源電圧が供給されたことによる制御部／記憶部１５の記憶部がmemory read enable状態に遷移したことの検出、を含む。
また、調整トリガ生成回路１６は、内部タイマを備え、内部タイマによって一定時間の経過が計時されるたびに（すなわち定期的に）調整トリガを送信してもよい。この場合、閾値生成回路１６１、比較回路１６２、ＯＲ器１６３、タイマ１６４が調整トリガ生成回路１６から省略されてもよい。
また、調整トリガ生成回路１６は、ＲＦタグ回路１０が外部入力端子を備え、外部インタフェースから入力される割り込み信号を契機として調整トリガを送信してもよい。外部
インタフェースは、例えば、General Perpose Input Output（ＧＰＩＯ）端子である。外部インタフェースで入力される割り込みとしては、例えば、外部インタフェースに接続されたMicro Control Unit（ＭＣＵ）から入力される割り込み、外部インタフェースに接続された外部スイッチから入力される割り込み、を挙げることができる。
また、調整トリガ生成回路１６は、例えば、リーダライタ装置４０に例示される無線通信の相手装置やSerial Peripheral Interface（ＳＰＩ）、Inter-Integrated Circuit（
Ｉ２Ｃ）等の通信インタフェースを介して入力されたコマンドに応じて、調整トリガを送信してもよい。調整トリガ生成回路１６は、例えば、リーダライタ装置４０から連続波（Continuous Wave, ＣＷ）を受信した場合に調整トリガを送信してもよい。また、調整ト
リガ生成回路１６は、受信したコマンドの実行エラーを検知した場合に調整トリガを送信してもよい。実行エラーは、例えば、負荷３０を起動するコマンドを受信したにもかかわらず、負荷３０の起動ができなかった場合である。また、調整トリガ生成回路１６は、コマンドを受信すると、そのコマンドの実行前または実行後に、調整トリガを送信してもよい。また、調整トリガ生成回路１６は、インピーダンス調整の実行を指示するコマンドを受信した場合に、調整トリガを送信してもよい。また、調整トリガ生成回路１６は、特定のコマンドを受信した場合に調整トリガを送信してもよい。特定のコマンドは、例えば、負荷３０の起動を指示するコマンドである。
また、調整トリガ生成回路１６は、例えば、特定動作の検出を契機として調整トリガを送信してもよい。特定動作は、例えば、負荷３０が停止状態と駆動状態との間の遷移であってもよい。特定動作は、例えば、ＧＰＩＯが有効状態と無効状態との間で切替わる動作であってもよい。特定動作は、例えば、ＳＰＩやＩ２Ｃにおける役割がマスタとスレーブとの間で遷移であってもよい。特定動作は、例えば、不揮発性メモリに対する書き込み処理であってもよい。特定動作は、例えば、上記した動作においてエラーを検出した場合であってもよい。
インピーダンス調整制御回路１４は、マッチング回路１１のインピーダンスを指定する調整信号（本実施形態では、可変容量コンデンサ５３（図２）の容量を指定する調整信号）を出力する回路である。本実施形態に係るＲＦタグ回路１０には、例えば、図７に示した構成を有するインピーダンス調整制御回路１４が使用されている。
このインピーダンス調整制御回路１４の全体的な動作については後述するが、アップカウンタ６１は、Ｒｅｓｅｔパルスが入力されたときにカウント値を“０”クリアし、ＵＰパルスが入力されたときにカウントアップするカウンタである。このアップカウンタ６１のカウンタ値は、マッチング回路１１のインピーダンス（可変容量コンデンサ５３（図２）の容量）を指定する調整信号として使用されている。
比較器６２は、電源電圧（整流回路１２の出力電圧）ＶＯＵＴとコンデンサ６３の電圧との比較結果を出力する回路である。この比較器６２の出力は、ＣＭＰ＿ＯＵＴ信号線により制御部／記憶部１５に入力されている。スイッチ６４は、Ｃｔｒｌ信号線を介して制御部／記憶部１５によってＯＮ／ＯＦＦ制御されるスイッチである。Ｃｔｒｌ信号は、例えば、インピーダンス調整制御回路１４に入力されていた負荷制御信号がオフになるときに入力される。
図８は、制御部／記憶部１５がインピーダンス調整制御回路１４を制御する制御フローの一例を示す図である。図７の制御フローは、例えば、調整トリガ生成回路１６から制御部／記憶部１５に調整トリガが入力されることで開始される。以下、図７を参照して、制御部／記憶部１５がインピーダンス調整制御回路１４を制御する制御フローの一例について説明する。
調整トリガが入力された制御部／記憶部１５は、まず、Ｒｅｓｅｔパルスを出力する（ステップＳ１０１）。これにより、インピーダンス調整制御回路１４（図７参照）内のアップカウンタ６１のカウント値が“０”にリセットされ、マッチング回路１１内の可変容量コンデンサ５３（図２）の容量が最低容量Ｃ０に調整される。
次いで、制御部／記憶部１５は、Ｃｔｒｌパルスを出力する（ステップＳ１０２）。すなわち、制御部／記憶部１５は、スイッチ６４をＯＮとすることにより、コンデンサ６３の電圧（比較器６２の−端子への入力電圧）を、その時点における電源電圧ＶＯＵＴと一致させてから、スイッチ６４をＯＦＦとすることにより、コンデンサ６３の電圧をホールドする。
その後、制御部／記憶部１５は、ＵＰパルスを出力（ステップＳ１０３）してから、比較器６２の出力ＣＭＰ＿ＯＵＴがローであるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。
ＵＰパルスが入力されると、アップカウンタ６１のカウント値がカウントアップされるため、マッチング回路１１内の可変容量コンデンサ５３の容量が増加する。可変容量コンデンサ５３の容量が増加を増加させた後におけるマッチング回路１１のインピーダンスが適正値とはなっておらず、かつ、マッチング回路１１のインピーダンスが適正値に近づいた場合には、電源電圧が上昇する。一方、可変容量コンデンサ５３の容量を増加させた後におけるマッチング回路１１のインピーダンスが適正値となっていた場合には、電源電圧は殆ど変化しない。また、可変容量コンデンサ５３の容量を増加させた後におけるインピーダンスが適正値となっておらず、かつ、インピーダンスが適正値からさらに外れた場合にも、電源電圧は殆ど変化しない。従って、インピーダンスが適正値となっている場合、または、インピーダンスが適正値からさらに外れる場合には、ＣＭＰ＿ＯＵＴがローになる。そのため、ＣＭＰ＿ＯＵＴがローである場合には、インピーダンスが適正値であるとして、または、インピーダンスが適正値からさらに適正値から外れることを抑制するために、マッチング回路１１のインピーダンスの調整が完了される。また、マッチング回路１１のインピーダンスが適正値とはなっておらず、かつ、マッチング回路１１のインピーダンスが適正値に近づいた場合には、ＣＭＰ＿ＯＵＴがハイになる。そのため、ＣＭＰ＿ＯＵＴが、ハイである場合には、マッチング回路のインピーダンスの調整が完了していないことになり、インピーダンスの調整が継続して実行される。
そのため、制御部／記憶部１５は、比較器６２の出力ＣＭＰ＿ＯＵＴがハイであった場合（ステップＳ１０４；ＮＯ）には、ステップＳ１０３以降の処理を再び開始する。そして、制御部／記憶部１５は、比較器６２の出力ＣＭＰ＿ＯＵＴがローとなったとき（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）に、このインピーダンス調整処理（図８の処理）を終了する。インピーダンス調整制御回路１４は、「調整部」の一例である。
図９は、実施形態に係る処理フローの一例を示す図である。以下、図９を参照して、実施形態に係る処理フローの一例について説明する。
ＯＰ１では、負荷制御回路１３は負荷３０を起動する。調整トリガ生成回路１６から調整トリガが入力されている場合（ＯＰ２でＹＥＳ）、処理はＯＰ３に進められる。調整トリガ生成回路１６から調整トリガが入力されていない場合（ＯＰ２でＮＯ）、処理はＯＰ９に進められる。
ＯＰ３では、インピーダンス調整制御回路１４は、負荷３０の駆動時間（図中ではＴＯＮと記載）経過を待つ。ＯＰ４では、以下の（１）〜（３）の処理が実行される。（１）インピーダンス調整制御回路１４は、整流回路１２からの電源電圧（図中では監視電圧と
記載）をサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）する。（２）制御部／記憶部１５は、負荷制御回路１３への負荷制御信号送信を停止することで、負荷３０を停止する。（３）インピーダンス調整制御回路１４は、マッチング回路１１のインピーダンスをΔＺ変化させる。ＯＰ４における（１）〜（３）の処理の順番は入れ替えてもよい。ＯＰ４の処理は、例えば、図８のＳ１０２、Ｓ１０３に例示される処理である。ＯＰ４の（１）でサンプルホールドされた電圧は、「第２の電力」の一例である。
ＯＰ５では、ＯＰ４で停止された負荷３０の停止期間（図中ではＴＯＦＦと記載）を経過すると、処理がＯＰ６に進められる。ＯＰ６では、制御部／記憶部１５は負荷制御信号を負荷制御回路１３に送信することで負荷３０を起動させる。
ＯＰ７の処理はＯＰ３と同様であるため、その説明を省略する。ＯＰ８では、インピーダンス調整制御回路１４は、ＯＰ４でＳ／Ｈした電圧とＯＰ８の時点における整流回路１２からの電源電圧との差がδＶ未満であるか否かを判定する。ここで、δＶは、インピーダンス調整制御回路１４の比較器１４１の分解能によって定まる値である。また、δＶは、は所定の閾値であってもよい。δＶより大きい場合（ＯＰ８でＹＥＳ）、処理はＯＰ４に進められる。δＶ以下の場合（ＯＰ８でＮＯ）、処理はＯＰ１０に進められる。ＯＰ８の処理は、例えば、図８のＳ１０４に例示される処理である。ＯＰ８の時点における整流回路１２からの電源電圧は、「第１の電力」の一例である。
ＯＰ９では、制御部／記憶部１５から負荷制御信号が負荷制御回路１３に送信されることにより、負荷３０が駆動時間の間駆動する。ＯＰ１０では、制御部／記憶部１５からの負荷制御信号が停止することにより、負荷３０が停止される。
図１０は、実施形態における整流回路１２から出力される電源電圧の変動の一例を示す図である。図１０では、縦軸に電圧、横軸に時間が例示される。図１０では、負荷３０が起動されるタイミングを「負荷ＯＮ」または「ＯＮ」、負荷３０が停止されるタイミングを「負荷ＯＦＦ」または「ＯＦＦ」と記載している。すなわち、実施形態に係る負荷３０は、所定周期で「負荷ＯＮ」されるとともに、「負荷ＯＮ」されてから「負荷ＯＦＦ」されるまでの間は継続して駆動される。図１０に例示されるように、負荷３０が起動すると、負荷３０の起動に伴う電圧降下により、整流回路１２が出力する電源電圧が低下する。ＲＦタグ回路１０に水等が付着することでアンテナ２０とＲＦタグ回路１０とのインピーダンス不整合が生じると、整流回路１２から出力される電源電圧が負荷３０の起動に伴う電圧降下によってインピーダンス調整開始の契機となる所定の閾値を下回る。（１）では、例えば、電源電圧が所定の閾値（例えば、図６の閾値１）を下回ると、調整トリガ生成回路１６から調整トリガがインピーダンス調整制御回路１４に送信される。調整トリガを受信することで、インピーダンス調整制御回路１４は、インピーダンスの調整を開始する。（１）の処理は、例えば、図９のＯＰ２の処理に相当する。（２）では、負荷制御回路１３が負荷３０を停止するとともに、インピーダンス調整制御回路１４が負荷３０が駆動している状態から停止する状態に遷移する時点での電源電圧をサンプルホールドする。（３）では、インピーダンス調整制御回路１４は、マッチング回路１１のインピーダンスをΔＺ増加させる。（２）および（３）の処理は、例えば、図９のＯＰ４の処理に相当する。（４）では、インピーダンス調整制御回路１４は、負荷３０が駆動している状態から停止する状態に遷移する時点での電源電圧と（２）でサンプルホールドされた電圧とを比較する。（４）の処理は、例えば、図９のＯＰ８の処理に相当する。（５）では、インピーダンス調整制御回路１４は、（４）の時点では電源電圧の上昇を検知したため、マッチング回路１１のインピーダンスをΔＺ増加させる。（５）の処理は、例えば、図９のＯＰ８でＹＥＳからＯＰ４の処理に相当する。（６）では、（４）および（５）と同様の処理が実行される。（７）では、インピーダンス調整制御回路１４は、（６）の時点よりも（７）時点の電源電圧が下がっていることを検知するため、インピーダンス調整を終了する。
（７）の処理は、例えば、図９のＯＰ８でＮＯの処理に相当する。
図１１は、実施形態で送信される各種信号の波形の一例を示す図である。図１１において、「ＴＯＮ」の期間は負荷３０が駆動している期間の例示であり、「ＴＯＦＦ」の期間は負荷３０が駆動していない期間の例示である。図１１において、横軸は時間を例示する。また、図１１において、１段目は電源電圧（実線）およびサンプルホールドされた電圧（破線）の変動を例示し、２段目は負荷制御信号の変動を例示し、３段目は調整トリガ（実線）およびサンプルホールドの指示（破線）を含む調整制御信号の変動を例示し、４段目はインピーダンス調整制御回路１４が備える比較器６２（図中ではCOMPと記載）の比較が例示される。図１１の１段目から４段目の縦軸は、電圧が例示される。インピーダンス調整制御回路１４は、調整トリガが入力されたときの可変容量コンデンサ５３の容量が設定可能な容量の最低値ではない場合、可変容量コンデンサ５３の容量を可変容量コンデンサ５３に設定可能な容量の最低値に初期化してもよい。
図１１に例示されるように、負荷３０は負荷制御信号が送信されている間（ＴＯＮの期間）は駆動し、負荷制御信号が送信されていない間（ＴＯＦＦの期間）は停止する。調整トリガを受信することで、インピーダンス調整制御回路１４は、インピーダンス調整を開始する。サンプルホールドされた電源電圧よりも現在の電源電圧の方が高い場合、インピーダンス調整制御回路１４が備える比較器６２の出力は「Ｈ」となる。比較器６２の出力が「Ｈ」である場合、インピーダンス調整制御回路１４は、マッチング回路１１が備える可変容量コンデンサ５３の容量を増加させる。可変容量コンデンサ５３の容量が増加した結果、サンプルホールドした電源電圧と現在の電源電圧との差がなくなると、比較器６２の出力が「Ｌ」となり、インピーダンス調整が終了する。
＜実施形態の作用効果＞
実施形態では、上述の通り、負荷３０は所定周期で駆動状態（例えば、図１１のＴＯＮ）、停止状態（例えば、図１１のＴＯＦＦ）、駆動状態、停止状態を繰り返す。負荷３０が起動される各周期において、負荷３０が駆動状態から停止状態に遷移するタイミングでサンプルホールドされた電源電圧が比較される。そのため、電源電圧が安定するまで待たなくともインピーダンス調整が可能となる。その結果、実施形態によれば、負荷３０の駆動時間を時定数より短時間にしても、インピーダンス調整を行うことが可能となる。
実施形態では、ＲＦタグ回路１０とアンテナ２０との間のインピーダンスが不整合である場合に、調整トリガ生成回路１６は調整トリガを送信した。インピーダンス調整制御回路１４は、調整トリガを受信すると、図９に例示されるインピーダンス調整を開始した。そのため、実施形態によれば、ＲＦタグ回路１０は、インピーダンスの不整合が生じた場合に、インピーダンスの調整を実行できる。
実施形態では、調整トリガ生成回路１６は、整流回路１２が生成する電圧が負荷の起動に伴う電圧降下により負荷３０を安定して動作させることが可能な電圧の下限値に対して安全係数を考慮した値によって例示される閾値１未満となる場合に調整トリガを送信する。そのため、実施形態によれば、整流回路１２が生成する電圧が負荷３０の安定動作に不足する前に、インピーダンス調整を行うことが可能となる。
実施形態では、上述の通り、調整トリガ生成回路１６は、例えば、アンテナ２０を介した無線通信により負荷３０を利用するリーダライタ装置４０から受信した負荷３０に対するコマンドの実行結果がエラーであったことを契機として、調整トリガを送信してもよい。負荷３０に対するコマンドの実行結果がエラーである場合、アンテナ２０とＲＦタグ回路１０とのインピーダンスの不整合による影響で整流回路１２が生成する電力が低下し、その結果、負荷３０が安定動作していない場合が考えられる。そのため、実施形態によれ
ば、ＲＦタグ回路１０は負荷３０が安定動作していない場合にインピーダンスの調整を実行できる。
実施形態では、上述の通り、調整トリガ生成回路１６は、例えば、アンテナ２０を介した無線通信により負荷３０を利用するリーダライタ装置４０からインピーダンス調整の指示を受信したことを契機として、調整トリガを送信してもよい。リーダライタ装置４０は、例えば、負荷３０からの応答でエラーを受信した場合、負荷３０に対してコマンドを送信する場合等にインピーダンス調整の指示を送信する。そのため、実施形態によれば、ＲＦタグ回路１０は負荷３０を利用するリーダライタ装置４０からの指示に応じてインピーダンスの調整を実行できる。
＜変形例＞
実施形態では、負荷３０が起動される各周期において、負荷３０が駆動状態から停止状態に遷移するタイミングでサンプルホールドされた電源電圧が比較される。しかしながら、電源電圧をサンプルホールドして比較するタイミングは、負荷３０が駆動状態から停止状態に遷移するタイミングに限定されない。電源電圧をサンプルホールドして比較するタイミングは、負荷３０が駆動中であって負荷３０の起動から一定時間経過後であればよい。変形例では、負荷３０が駆動中であって負荷３０の起動から一定時間経過後のタイミングで電源電圧をサンプルホールドして比較するＲＦタグ回路について説明する。以下、図面を参照して変形例について説明する。なお、実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
図１２は、変形例に係るＲＦタグ回路１０ａの構成の一例を示す図である。図１２では、リーダライタ装置４０および通信回路１８の図示は省略している。変形例に係るＲＦタグ回路１０ａは、インピーダンス調整制御回路１４と制御部／記憶部１５との間にタイマ回路１７が追加される点で、実施形態に係るＲＦタグ回路１０とは異なる。
タイマ回路１７は、負荷３０の起動を検知してからの経過時間を計時し、所定待機時間経過すると調整命令をインピーダンス調整制御回路１４に出力する。所定待機時間の長さは、負荷３０の駆動時間以下である。すなわち、タイマ回路１７は、負荷３０が駆動している間に調整命令を送信する。タイマ回路１７は、例えば、負荷制御信号が制御部／記憶部１５から入力されることで、負荷３０の起動を検知できる。
図１３は、変形例に係る処理フローの一例を示す図である。図９と同一の処理については同一の符号を付し、その説明を省略する。以下、図１３を参照して、変形例に係る処理フローの一例について説明する。
ＳＰ１では、インピーダンス調整制御回路１４は、調整命令がタイマ回路１７から入力されているか否かを判定する。タイマ回路１７は、上述の通り、負荷３０が起動されてから所定待機時間経過すると調整命令をインピーダンス調整制御回路１４に出力する。入力されている場合（ＳＰ１でＹＥＳ）、処理はＯＰ４に進められる。入力されていない場合（ＳＰ１でＮＯ）、ＳＰ１の処理が繰り返される。ＳＰ２の処理は、ＳＰ２でＮＯの場合に繰り返される処理がＳＰ２であることを除いてＳＰ１と同様であるため、その説明を省略する。
図１４は、変形例で送信される各種信号の波形の一例を示す図である。図１４は、タイマ回路１７の出力である調整命令が追加されるとともに、調整命令が送信されるタイミングでサンプルホールドが実行される点で、図１１と異なる。図１４では、タイマ回路１７が計時する所定待機時間（負荷３０が起動してから調整トリガを送信するまでの時間）は、「Δｔ」と記載されている。
変形例では、負荷３０が起動されてから所定待機時間後に調整命令を送信した。そのため、変形例によれば、負荷３０が起動される周期が変動しても、負荷３０が起動してから一定時間経過したときの電源電圧を比較することができる。そのため、第１変形れによれば、負荷３０が起動される周期に変動があっても、適切なインピーダンス調整が実行できる。
以上説明した実施形態や変形例では、調整トリガ生成回路１６は、整流回路１２から供給される電圧と閾値１、閾値２とを比較した。しかしながら、調整トリガ生成回路１６が比較対象とするのは、整流回路１２から供給される電圧に限定されるわけではない。調整トリガ生成回路１６は、例えば、整流回路１２から供給される電流や電力を比較対象としてもよい。
以上説明した実施形態や変形例では、マッチング回路１１内の可変容量コンデンサ５３の容量を単調増加させる線形探索によってインピーダンスの調整が実施された。しかしながら、インピーダンスの調整のアルゴリズムが、可変容量コンデンサ５３の容量を単調増加させる線形探索に限定されるわけではない。例えば、可変容量コンデンサ５３の容量を単調減少させる線形探索によってインピーダンスの調整が実施されてもよい。また、二分探索、木探索等の任意の探索アルゴリズムによってインピーダンスの調整が実施されてもよい。
以上説明した実施形態や変形例では、例えば、監視電圧と図９のＯＰ４でサンプルホールドしておいた電源電圧との差がδＶ以下である場合（図９のＯＰ８でＮＯ）に、インピーダンスの調整が終了された。しかしながら、インピーダンス調整終了の判定は、他の基準が採用されてもよい。例えば、インピーダンスの調整は、インピーダンスの調整の実施回数が所定の回数に達した場合に、終了されてもよい。また、インピーダンスの調整は、インピーダンスの調整を実行した時間が所定時間に達した場合に、終了されてもよい。さらには、インピーダンスの調整によって増加させたマッチング回路１１のインピーダンス値が所定の値（最大値または最小値）となった場合に、インピーダンス調整が終了されてもよい。
以上で開示した実施形態や変形例はそれぞれ組み合わせる事ができる。
１０、１０ａ・・・ＲＦタグ回路
１１・・・マッチング回路
１２・・・整流回路
１３・・・負荷制御回路
１３２・・・コンデンサ
１４・・・インピーダンス調整制御回路
１５・・・制御部／記憶部
１６・・・調整トリガ生成回路
１７・・・タイマ回路
１８・・・通信回路
２０、４１・・・アンテナ
３０・・・負荷
４０・・・リーダライタ装置
４２・・・リーダライタ
４３・・・上位装置

Claims (7)

  1. アンテナと負荷とに接続されるＲＦタグ回路であって、
    前記アンテナが受信した電波を整流して直流電力を供給する整流回路と、
    前記アンテナと前記整流回路との間に配置された、インピーダンスが可変なマッチング回路と、
    前記負荷の起動と停止を繰り返し制御する制御部と、
    前記負荷が起動してから所定時間経過したときに前記マッチング回路のインピーダンスを所定の方向に変化させるとともに前記整流回路が生成する第１の電力を記憶し、前記第１の電力が生成される時点より後のタイミングで前記負荷が起動してから前記所定時間経過したときの前記整流回路が生成する第２の電力と記憶した前記第１の電力との大小関係に基づいて、前記マッチング回路のインピーダンスを変化させる調整部と、を備える、
    ＲＦタグ回路。
  2. 前記所定時間は、前記負荷の時定数で示される時間未満である、
    請求項１に記載のＲＦタグ回路。
  3. 前記ＲＦタグ回路と前記アンテナとの間のインピーダンスが不整合である場合に、インピーダンス調整の開始を指示する調整指示を前記調整部に送信する指示回路をさらに備え、
    前記調整部は、前記指示回路から前記調整指示を受信すると処理を開始する、
    請求項１または２に記載のＲＦタグ回路。
  4. 前記ＲＦタグ回路と前記アンテナとの間のインピーダンスが不整合である場合は、前記整流回路が生成する電圧が前記負荷の起動に伴う電圧降下により所定の閾値未満となる場合を含む、
    請求項１から３のいずれか一項に記載のＲＦタグ回路。
  5. 前記ＲＦタグ回路と前記アンテナとの間のインピーダンスが不整合である場合は、前記アンテナを介した無線通信により前記負荷を利用する装置から受信した前記負荷に対するコマンドの実行結果がエラーであった場合を含む、
    請求項１から４のいずれか一項に記載のＲＦタグ回路。
  6. 前記ＲＦタグ回路と前記アンテナとの間のインピーダンスが不整合である場合は、前記アンテナを介した無線通信により前記負荷を利用する装置からインピーダンス調整の指示を受信した場合を含む、
    請求項１から５のいずれか一項に記載のＲＦタグ回路。
  7. 前記制御部は、前記負荷を所定の周期で起動する、
    請求項１から６のいずれか一項に記載のＲＦタグ回路。
JP2017177045A 2017-09-14 2017-09-14 Ｒｆタグ回路 Active JP6855989B2 (ja)

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