JPH0625949U - データキャリアの信号復調回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は固定施設から発せられる電力供給用
交流磁界の振幅の変化を電磁結合方式データキャリアの
内部の交流電圧の変化に効率良く反映するような回路手
段を実現することを目的とする。 【構成】 電力受け取り用のコイルと共振コンデンサと
を並列接続して共振回路を構成し、該共振回路に誘導さ
れる電力の電圧変化を検出する検波回路と、該電圧を整
流濾波して直流電源にする整流回路を具備すると同時
に、該整流回路の整流器と直列に電流電圧変換素子を挿
入した。 【効果】 コイルに誘導された電力を電流電圧変換素子
をとうすことにより、コイルの端子間電圧は交流磁界の
変化に応じて変化する。この電圧変化を検波回路で検波
することにより交流磁界に重畳したデータを効率よく分
離復調することができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は固定施設から発せられる交流磁界によってコイルに誘導される電力で 動作し、且つ前記交流磁界の周波数からクロックを生成する電磁結合方式データ キャリアのうち、特に、固定施設と双方向の通信をしながら、内蔵する電気的に 書換え可能な不揮発性メモリのデータを書換えたり読み出したりすることのでき るものの、信号復調回路の改良に関するもので、非接触型ＩＣカード、工業用デ ータタグ等も範中に含む。

【０００２】

【従来の技術】

従来、電磁結合方式データキャリアの中で電源を内蔵しないものでは双方向の 無線通信によってメモリの内容を書換えることができるものがなかった。我々は 極めて低消費電力でかつ高性能なＣ−ＭＯＳ−ＩＣにＭＯＮＯＳと呼ばれる不揮 発性メモリを搭載すると共に、本考案を含む様々な工夫をしてメモリ書換え可能 な電磁結合方式データキャリアを開発した。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

固定施設との間で双方向の通信をするデータキャリアでは、データを電力やク ロック周波数の供給手段である交流磁界の２値変調によって伝送する。この２値 変調の方式としては周波数変調、位相変調、振幅変調等が考えられるが、復調回 路の簡便さの点とクロック周波数の安定性の確保の上で２値の振幅変調方式が最 良である。しかしこの振幅変調において変調深さには一定の制約がある。すなわ ち、データキャリアが固定施設から離れていて交流磁界の強さが弱くなっている 状態でも確実にクロック周波数を取り出すためには、振幅変調の深さが極力小さ いほうが良い。一方、復調回路としての検波回路は二つの振幅の比率が大きいほ うがデータを正確に復調できる。データキャリアの設計においてはこの二つの特 性のバランスを上手に選ばなくてはならない。 しかるに電磁結合方式のデータキャリアにおいては、誘導電力の電圧振幅を大 きくするために電力受取用のコイルに並列にコンデンサを接続して共振回路を構 成するので、電力受信回路の出力インピーダンスが大きくなっている。このため コイルに誘導される起電力が大きいときは、コイルがその負荷回路に供給する電 流も大きくなるので出力インピーダンスによる電圧降下が激しく、実際にコイル の端子間に発生する電圧は期待するほどには大きくならない。また、交流磁界の 振幅変調によってコイルに誘導される電力が一時的に小さくなったときは、デー タキャリアの回路電流は電源回路の濾波コンデンサから供給され、共振回路から は電流を供給しない。このため、共振回路の出力インピーダンスによる電圧降下 はない。したがってコイルの端子間電圧は期待するほどには下がらない。このよ うに電源供給用の交流磁界に振幅変調をほどこしてもデータキャリアのコイルの 端子間に発生する電圧には十分な深さの振幅変調が掛けられないのである。本考 案が解決すべき課題は、固定施設から発せられる交流磁界の振幅変化をデータキ ャリアの電力受取用コイルの端子間電圧の振幅変化に効率良く変換することであ る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するため、本考案では電源回路の整流器と直列に電流電圧変換 素子を挿入した。

【０００５】

【作用】

上記の電流電圧変換素子により、電力受取用コイルとコンデンサの共振回路か らデータキャリアの回路負荷へ供給される電力の一部を電圧に変換し、前記コイ ルの端子間電圧に上乗せするようにした。これにより、交流磁界が大きくてコイ ルに誘導される電力が大きいときにはコイルの端子間電圧が大きくなるようにす ることが出来る。

【０００６】

【実施例】

図１は本考案の実施例を示す回路図である。図について説明すると、コイル１ はコンデンサ２と並列共振回路を構成している。該共振回路の一端は基準電位線 Ｖｓｓをなし、他の一端はレベルシフト用コンデンサ３を介して倍電圧線Ｖａｃ に接続されている。該倍電圧線Ｖａｃと基準電位線Ｖｓｓの間には、レベルシフ ト用ダイオ−ド４と、コンデンサ５とＮチャンネルＭＯＳトランジスタ６からな る出力用変調回路と、ダイオ−ド７とコンデンサ８と抵抗９からなる検波回路と 、電流電圧変換用の抵抗１１と整流用ダイオ−ド１２と濾波用コンデンサ１３か らなる整流回路とが設けられている。

【０００７】 前記出力用変調回路はデータキャリア主回路１０の出力信号ＤＡＴＡｏｕｔに よって回路インピーダンスを変化させ、これによって前記コイル１を流れる交流 電流を振幅変調し、該コイル１の周りの交流磁場に変化を与えて固定施設にデー タを送出する。前記検波回路は、固定施設から発せられる交流磁場の振幅変化に よってコイル１に誘導される交流電圧の変化を検波し、入力データＤＡＴＡｉｎ を分離してデータキャリア主回路１０に伝送するのであるが、その動作説明は後 述する。

【０００８】 前記整流回路の直流出力電圧Ｖｓ０は定電圧回路１４によって安定化され、電 源Ｖｓ１となる。該電源Ｖｓ１は電圧検出回路１５と、クロック生成用のインバ ータ１９とに電力供給する（図示されていない）と共に、ＰチャンネルＭＯＳト ランジスタ１６のソース電圧となっている。前記インバータ１９の入力と出力の 間には抵抗２０が接続されており自己バイアス型の増幅器を構成している。前記 倍電圧線Ｖａｃの交流電圧成分はコンデンサ１８を介して前記増幅器に伝達され 、飽和増幅されて矩形波となり、クロック信号Ｃｌとなってデータキャリア主回 路１０のタイミング信号として使用される。

【０００９】 前記トランジスタ１６のゲートは、抵抗１７によって電源Ｖｓ１にプルアップ されると同時に前記電圧検出回路１５の出力信号Ｓｓによって制御される。すな わち、電圧検出回路１５により、電源Ｖｓ１の電圧が論理回路の最低動作電圧よ りも高いと判定され、信号Ｓｓの論理値がＬレベルになると、トランジスタ１６ がオン状態になって、該トランジスタ１６のドレインに接続されたデータキャリ ア主回路１０の電源Ｖｓ２に電力を供給し始める。これによってデータキャリア 主回路１０は動作を開始するが、その冒頭に内蔵する初期化回路によって論理回 路を通信待機状態に規制する。以上に述べた構成を持つデータキャリアにおいて 、固定施設から振幅変調方式で送出されているデータを検波する方法について詳 述する。

【００１０】 図２はデータキャリアの内部のインピーダンス配置と電圧分布を示している回 路図である。図に示したとおり、コイル１とコンデンサ２からなる共振回路に誘 導される起電力の交流電圧をｖｏ（Ｐ−Ｐ値）、共振回路の並列インピーダンス をＺｏ、データキャリアの負荷回路のインピーダンスをＺｌとすれば、該データ キャリアの負荷回路に電力供給する倍電圧線Ｖａｃの波高値は数１となる。但し 、レベルシフト回路の電圧ロスは無視できるものとした。

【００１１】

【数1 】 Ｖａｃ＝ｖｏ・Ｚｌ／（Ｚｏ＋Ｚｌ）

【００１２】 今、負荷回路のインピーダンスＺｌが共振回路のインピーダンスＺｏより十分 大きいとすれば、数１よりＶａｃ＝ｖｏとなる。この時の両者の関係は図３のグ ラフに示した直線（ａ）の様になり、交流電圧ｖｏの二つの値ｖｈとｖｌに対し て倍電圧線Ｖａｃの波高値はそれぞれＶｈ１とＶｌ１となる。図４の波形（イ） は交流電圧ｖｏの変化の様を表しており、波形（ロ）はそれに対応した倍電圧線 Ｖａｃの電圧波形を表している。検波回路は倍電圧線Ｖａｃの波高値の包絡線を 検波するので、検波回路の出力信号の振幅はＶｈ１とＶｌ１の差となり十分な大 きさの検波出力を得ることが出来る。

【００１３】 然るに、データキャリアの回路の殆どの部分は半導体で構成されるから、上記 負荷回路のインピーダンスＺｌは電源電圧の上昇と共に急速に小さくなる。また 電源電圧は倍電圧線Ｖａｃの波高値と同じとみなせるから、実際のデータキャリ アでは、１式は図３のグラフの曲線（ｂ）の様になる。すなわち、交流電圧ｖｏ が大きくなるに従って倍電圧線Ｖａｃの波高値の増加が鈍くなるのである。ここ で説明の為、図１の実施例で抵抗１１が短絡されている場合について考えると、 図３のグラフに示したように、交流電圧ｖｏがｖｈなる値であるとき倍電圧線Ｖ ａｃの波高値はＶｈ２となる。この状態から交流電圧ｖｏが急速に小さくなりｖ ｌなる値になったとする。この時、整流回路の濾波コンデンサ１３にはＶｈ２な る大きさの直流電圧が蓄えられているから、整流回路の整流ダイオード１２には 逆バイアス電圧がかかっている。このため、倍電圧線Ｖａｃから出力用変調回路 と検波回路以外の負荷回路が切り離されることになる。従って倍電圧線Ｖａｃの 波高値は概ね図３のグラフの直線（ａ）の条件で決まるようになる。しかし波高 値が前記Ｖｈ２より大きくなることはないから、結局、交流電圧の値ｖｌに対し ても波高値はＶｈ２に近い値になる。すなわち、交流磁界の振幅変調によって交 流電圧ｖｏに図４の波形（イ）のような振幅変調がかけられても、倍電圧線Ｖａ ｃの波高値はほぼ一定になってしまい、図４の波形（ハ）の様になるので信号検 波が不能になる。

【００１４】 整流回路に抵抗１１が挿入されると、交流電圧ｖｏと倍電圧線Ｖａｃの波高値 の関係は図３のグラフで曲線（ｃ）で示したようになる。この結果、交流電圧ｖ ｏの二つの値ｖｈとｖｌにたいしてそれぞれ曲線（ｃ）と直線（ａ）によって決 まる波高値Ｖｈ３とＶｌ１が定まる。図４の波形（ニ）はこの時の倍電圧線Ｖａ ｃの電圧波形を表している。検波回路はこのような２値の電圧レベルを検出し、 振幅がＶｈ３とＶｌ１の差で与えられる検波出力を入力信号ＤＡＴＡｉｎとして データキャリア主回路へ伝送するのである。

【００１５】 以上に図１の実施例の説明をしたが、本考案において整流器に直列に設けられ た抵抗は電流を電圧に変換する機能を持っている。このように電流電圧変換機能 を有するものであれば例えばインダクタンスでも本考案の目的を達成する。また 、整流ダイオードを複数個直列接続してその寄生抵抗を利用しても良い。勿論ツ ェナーダイオ−ドのツェナー電圧を利用する方法は最も良い電流電圧変換手段で あり、本考案の範中に含まれるものである。

【００１６】

【考案の効果】

本考案によれば、無電源の電磁結合方式のデータキャリアにおいて、固定施設 から電力の供給とデータの伝送をかねて発せられる交流磁界の振幅の変化をデー タキャリアの内部の交流電圧の変化に反映できるようになった。この結果、振幅 変調方式で交流磁界に重畳した２値データをデータキャリアに送信することが可 能になった。またこのときに振幅変調の深さを一定の範囲に抑制できるので、交 流磁界の周波数を常時データキャリアに供給し続けることができる。この結果、 データキャリアのクロック信号が安定になり論理回路の動作が正確になる。この ように固定施設からデータキャリアに向けてデータとクロック信号を送信できる ようになると、データキャリアにデータを送り込むことが出来るようになるばか りでなく、データキャリアに制御用コマンドを送って動作の選択が可能になるの でデータキャリアの機能が飛躍的に増す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例を示すデ−タキャリアの回路図
である。

【図２】図１の実施例を説明するためのブロック回路図
である。

【図３】本考案の動作原理を説明するためのグラフであ
り、二つの電圧ｖｏとＶａｃの関係を示している。

【図４】本考案の動作原理を説明するための電圧波形図
である。

【符号の説明】

１ コイル ２ 共振コンデンサ ５ 変調用コンデンサ ６ ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ ７ 検波用ダイオ−ド ８ 検波用コンデンサ ９ 検波用抵抗 １０デ−タキャリア主回路 １１ 電流電圧変換抵抗 １２ 整流用ダイオ−ド １３ 濾波用コンデンサ １４定電圧回路 １５電圧検出回路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 固定施設から発せられる交流磁界によってコイルに誘導
   される電力により動作し、前記交流磁界の周波数からク
   ロック信号を生成し、電気的に書換え可能な不揮発性メ
   モリを内蔵する無電源の電磁結合方式データキャリアに
   おいて、少なくとも、前記コイルに誘導される交流電力
   を整流濾波して直流電源に変換する電源回路と、前記交
   流電力に振幅変調方式によって重畳する信号を検出する
   検波回路とを有すると共に、前記電源回路を構成する整
   流器と直列に電流電圧変換素子を挿入したことを特徴と
   するデータキャリアの信号復調回路。