JP6561972B2 - リーダーライター - Google Patents

Description

本発明は、タグとの間でデータ通信を行うリーダーライターに関し、特に搬送波信号の増幅率を制御するための技術に関する。

リーダーライターとしては、データに応じて変調された搬送波信号をアンテナから送信するものがある。タグでは、この搬送波信号を受信して復調し、データを生成する（特許文献１を参照）。

また、特許文献２では、ＲＦＩＤリーダーの搬送波を、通信開始時には振幅を徐々に大きく立ち上げ、通信終了時には振幅を徐々に小さく立ち下げ、その後徐々に立ち上げて、電波送信および停止時に発生する低周波成分のノイズを抑制している。

特開２０１２−１９８８７２号公報 特開２０１０−１８２１７７号公報

ところで、リーダーライターとタグの間の通信距離を長くするには、リーダーライターの搬送波信号のレベルを高くする必要がある。しかしながら、搬送波信号をオンにした直後には突入電流が生じるので、搬送波信号のレベルを高くすると当該突入電流により電圧が大きくなり、この大きな電圧がリーダーライターを構成する回路の定格電圧を超えてしまい、回路の耐久性の低下や故障を招く恐れがある。このため、従来は、突入電流により上昇した電圧に耐え得る規格を有した回路をリーダーライターに用いる必要があった。

また、上記特許文献２では、搬送波の振幅を徐々に大きく立ち上げたり徐々に小さく立ち下げたりしているが、これは、ノイズを抑制するための技術であり、突入電流に対する対策は採られていない。

本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであり、リーダーライターの搬送波信号をオンにした直後に生じる突入電流を低下させることを目的とする。

本発明の一局面に係るリーダーライターは、搬送波信号を生成する生成部と、前記生成部によって生成された搬送波信号を増幅する増幅器と、前記増幅器による増幅オンオフ及び増幅率を制御する制御部と、前記増幅器により増幅された搬送波信号を送信すると共に、副搬送波信号を受信するアンテナと、前記増幅器により増幅された搬送波信号及び前記アンテナで受信された副搬送波信号を受信信号として入力して、この受信信号の包絡線に対応するアナログ信号を出力する検波部と、前記検波部からのアナログ信号を入力して、このアナログ信号に対応するディジタル信号を出力する変換器と、を備え、前記制御部は、前記増幅器を増幅オフから増幅オンに切り替えたとき、前記増幅率を複数段階に分けて増大させて、前記増幅器の増幅率を、予め定められた規定の増幅率まで増大させるものである。

本発明によれば、リーダーライターの搬送波信号をオンにした直後に生じる突入電流を低下させることができる。このため、本発明は、搬送波信号生成開始時に発生する突入電流による電圧上昇を回路の定格内に抑えることも可能になる。

本発明のリーダーライターの一実施形を示すブロック図である。 （ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は、本実施形態のリーダーライターにおける増幅前の搬送波信号、増幅された搬送波信号、及び突入電流により上昇する電圧を示すタイミングチャートである。 （ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は、比較例における増幅前の搬送波信号、増幅された搬送波信号、及び突入電流により上昇する電圧を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明のリーダーライターの一実施形態を示すブロック図である。本実施形態のリーダーライター１は、パッシブ型又はアクティブ型のタグＴＧとの間でデータ通信を行うものであり、データに応じて搬送波信号を変調して、この変調された搬送波信号をタグに送信したり、タグＴＧから受信した副搬送波信号を復調して、データを生成する。同様に、タグＴＧでも、データに応じて副搬送波信号を変調して、この変調された副搬送波信号をリーダーライター１に送信したり、リーダーライター１から受信した搬送波信号を復調して、データを生成したりする。ここでは、副搬送波信号の周波数が搬送波信号の周波数とは異なるものとするが、副搬送波信号の周波数が搬送波信号の周波数と同一であっても、つまりリーダーライター１及びタグが同一周波数の搬送波信号を送受信しても構わない。

図１に示すようにリーダーライター１は、生成部２、増幅器３、搬送波制御部４、アンテナ５、包絡線検波部６、変換器７、及び各コンデンサＣ１、Ｃ２等を備えて構成されている。生成部２は、規定周波数の搬送波信号を生成して出力する。尚、変換器７は、オペアンプやコンパレーターを適用可能である。また、増幅器３は、トランジスター、インバーター、オペアンプ等が適用可能である。

増幅器３は、生成部２からの搬送波信号を増幅して出力する。搬送波制御部４は、増幅器３のオンオフを制御する。また、搬送波制御部４は、外部から入力したデータに応じて増幅器３の増幅率を制御して、増幅器３から出力される搬送波信号を変調する。

アンテナ５は、送受信兼用であり、増幅器３から出力された搬送波信号を送信すると共に、タグから送信されて来た副搬送波信号を受信する。

包絡線検波部６は、増幅器３により増幅された搬送波信号及びアンテナ５で受信された副搬送波信号を受信信号として受け入れて、この受信信号の包絡線に対応するアナログ信号を出力する。

増幅器３から出力された搬送波信号及びアンテナ５で受信された副搬送波信号は、コンデンサＣ１を介して包絡線検波部６に入力される。包絡線検波部６は、例えば倍電圧回路で構成され、搬送波信号及び副搬送波信号を受信信号として入力して、この受信信号の包絡線を抽出し、この包絡線に対応するアナログ信号を出力する。

包絡線検波部６から出力された包絡線に対応するアナログ信号の高周波成分（包絡線の立ち上がり及び立下りに対応する信号）は、コンデンサＣ２を通じて変換器７に入力される。変換器７の一対の入力端子には、その包絡線の立ち上がり及び立下りに対応する信号と、分圧によるＤＣオフセット電圧ｖｆ（基準電圧）が入力される。変換器７の出力端子からは、上記アナログ信号がＤＣオフセット電圧ｖｆ以上の場合に電圧信号が、包絡線に対応するディジタル信号として出力される。

ここで、リーダーライター１では、リーダーライター１とタグの間のデータ通信の開始時に、搬送波制御部４が、増幅器３をオフからオンに切り替えて、増幅器３から無変調の搬送波信号を出力させ、この無変調の搬送波信号がアンテナ５から送信される。この搬送波信号（電波）は、タグのアンテナで受信されて、この搬送波信号の電力によりタグがプリチャージされ、タグが動作可能な状態となる。

この後、リーダーライター１では、搬送波制御部４が、外部から入力したデータに応じて増幅器３の増幅率を制御して、増幅器３から出力される搬送波信号を変調する。この変調された搬送波信号は、アンテナ５からタグＴＧに送信される。タグＴＧでは、この搬送波信号（電波）がアンテナで受信されて復調され、データを示すディジタル信号が生成される。

また、リーダーライター１では、タグＴＧからのデータを受信する期間では、搬送波制御部４が増幅器３から、無変調の搬送波信号を出力させる。この無変調の搬送波信号は、アンテナ５からタグＴＧに送信される。タグＴＧでは、該タグＴＧ側のアンテナでの搬送波信号（電波）の反射、該アンテナの負荷制御などにより、リーダーライター１へと送信すべきデータに応じて変調された副搬送波信号が生成され、この副搬送波信号が送信される。

リーダーライター１では、増幅器３から出力された無変調の搬送波信号及びタグＴＧで変調されてアンテナ５で受信されたタグＴＧからの副搬送波信号が、コンデンサＣ１を介して包絡線検波部６に入力される。

包絡線検波部６は、これらの搬送波信号及び副搬送波信号を受信信号として入力し、この受信信号の包絡線を抽出して、この包絡線に対応するアナログ信号を出力する。このとき、増幅器３から出力された搬送波信号が無変調であり、アンテナ５で受信されたタグＴＧからの副搬送波信号が変調されているので、その包絡線がアンテナ５で受信された副搬送波信号のレベル変化に対応するものとなる。そして、この包絡線に対応するアナログ信号の高周波成分、つまり副搬送波信号の包絡線の立ち上がり及び立下りに対応する信号が、コンデンサＣ２を通じて変換器７に加えられる。これにより、変換器７の出力端子からは、タグＴＧからの副搬送波信号がディジタル変換されたディジタル信号が出力される。

ところで、増幅器３が増幅オフから増幅オンに切り替えられて、増幅器３から搬送波信号の出力が開始されたときには、増幅器３の出力が急激に立ち上がるため、包絡線検波部６からは増幅器３の出力の立ち上がりに対応する突入電流が発生し、大幅に上昇した電圧が出力され、この電圧がコンデンサＣ２を通じて変換器７に加わる。そして、増幅器３の出力の立ち上がり幅が大きい場合は、当該電圧が変換器７の定格電圧を超えるおそれがある。

例えば、搬送波信号生成時に、搬送波信号のレベルを高くするために増幅器３の増幅率を高くすると、増幅器３が増幅オフから増幅オンに切り替えられたときの該増幅器３の出力の立ち上がり幅が大きくなって、突入電流が発生して、このときの電圧が変換器７の定格電圧を超える。

そこで、本実施形態のリーダーライター１では、搬送波制御部４により、増幅器３を増幅オフから増幅オンに切り替えると共に増幅器３の増幅率を２段階で増大させている。具体的には、図２に示すように生成部２から一定レベルの搬送波信号ｈ０が出力されているものとすると、搬送波制御部４が、時点ｔ１で増幅器３を増幅オフから増幅オンに切り替えると共に、この時点ｔ１で増幅器３の増幅率をα１（第２の増幅率の一例）に設定して、増幅器３から搬送波信号ｈ１を出力させる。続いて、搬送波制御部４は、時点ｔ１から予め定められた一定時間経過後の時点ｔ２で、増幅器３の増幅率を、予め定められた規定のα２（予め定められた規定の増幅率の一例）に設定して、増幅器３から搬送波信号ｈ２を出力させる。

規定の増幅率α２は、リーダーライター１とタグの間の通信距離を長くすることが可能になる、増幅器３の予め定められた増幅率である。また、搬送波信号ｈ２を出力させる時点ｔ２を、タグのプリチャージが終了するまでの期間に設定する。これにより、タグとの間のデータ通信を支障なく開始できるようにする。

ここで、増幅率α１が規定の増幅率α２よりも小さく、搬送波信号ｈ１のレベルが搬送波信号ｈ２のレベルよりも低い。このため、時点ｔ１での搬送波信号ｈ１の立ち上がり時に変換器７に加わる突入電流発生により上昇する電圧ｖ１が低く抑えられる。また、時点ｔ２での搬送波信号ｈ２の立ち上がり幅は、搬送波信号ｈ１のレベルと搬送波信号ｈ２のレベルとの差分に対応するものとなって小さく抑えられるため、時点ｔ２での搬送波信号ｈ２の立ち上がり時にも変換器７に加わる突入電流発生により上昇する電圧ｖ２が低く抑えられる。更に、時点ｔ１から時点ｔ２までの間に電圧ｖ１が低下するので、時点ｔ２で電圧ｖ２がその低下した電圧ｖ１に重畳しても、重畳してなる電圧が変換器７の定格電圧ｖｄを超えることはない。

このため、搬送波制御部４が、増幅器３の規定の増幅率α２として、リーダーライター１とタグの間の通信距離が長くなるような増幅率を設定して、搬送波信号のレベルを高くしても、突入電流により上昇する電圧が変換器７の定格電圧ｖｄを超えることはなく、変換器７の耐久性の低下や故障を招くことがない。

これに対して図３に示すように時点ｔ１で増幅器３をオフからオンに切り替えると共に増幅器３の増幅率を規定の増幅率α２に設定して、リーダーライター１とタグの間の通信距離が十分に長くなるようなレベルの搬送波信号ｈ２を増幅器３から直ちに出力させた場合は、時点ｔ１での搬送波信号ｈ２の立ち上がり幅が大きくなって、突入電流により上昇する電圧ｖ３が変換器７の定格電圧ｖｄを超えることとなる。本実施形態によれば、このような事態を回避することが可能になる。

なお、本実施形態では、増幅器３の増幅率を２段階で増大させているが、３段階以上の複数段階で増大させても構わない。

また、図１乃至図３を用いて説明した構成及び処理は、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明を当該構成及び処理に限定する趣旨ではない。

１ リーダーライター
２ 生成部
３ 増幅器
４ 搬送波制御部
５ アンテナ
６ 包絡線検波部
７ 変換器
ＴＧ タグ

Claims (3)

1. 搬送波信号を生成する生成部と、
   前記生成部によって生成された搬送波信号を増幅する増幅器と、
   前記増幅器による増幅オンオフ及び増幅率を制御する制御部と、
   前記増幅器により増幅された搬送波信号を送信すると共に、副搬送波信号を受信するアンテナと、
   前記増幅器により増幅された搬送波信号及び前記アンテナで受信された副搬送波信号を受信信号として入力して、この受信信号の包絡線に対応するアナログ信号を出力する検波部と、
   前記検波部からのアナログ信号を入力して、このアナログ信号に対応するディジタル信号を出力する変換器と、を備え、
   前記制御部は、前記増幅器を増幅オフから増幅オンに切り替えたとき、前記増幅率を複数段階に分けて増大させて、前記増幅器の増幅率を、予め定められた規定の増幅率まで増大させるリーダーライター。
2. 前記制御部は、前記増幅率を複数段階に分けて増大させるとき、前記増幅率を、前記規定の増幅率よりも低い予め定められた第２の増幅率とし、一定時間経過後に、前記規定の増幅率に増大させる請求項１に記載のリーダーライター。
3. 前記リーダーライターは、前記アンテナから送信された搬送波信号を受信するタグとの間でデータ通信を行い、
   前記タグは、前記データ通信の開始前に、前記搬送波信号の電力をプリチャージし、
   前記制御部は、前記増幅器を増幅オフから増幅オンに切り替えた時点より前記タグのプリチャージが終了するまでの期間に、前記増幅器の増幅率を規定の増幅率まで複数段階で増大させる請求項１又は請求項２に記載のリーダーライター。