JPH0832419A - データ受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】受信信号の振幅に拘らずパルス化出力信号のデ
ューティがほぼ一定に得られるようにし、スタンバイ
時、動作時の消費電流が少なくなって電池電源の寿命低
下を抑制でき、使用部品点数が少なくて済むデータ受信
装置を提供する。 【構成】電波によりデータ転送を行う無線識別タグシス
テムで使用されるタグに設けられるデータ受信装置にお
いて、アンテナ２の受信信号が所定レベル以上の受信入
力があるか否かを検出するエミッタ接地型の受信入力検
出回路２１と、受信入力検出回路の出力信号が入力する
インバータ回路２２と、インバータ回路の出力信号が第
１の入力ノードに入力するナンド回路２３と、ナンド回
路の出力ノードと第２の入力ノードとの間に接続された
帰還抵抗Ｒf と、アンテナの受信信号をナンド回路の第
２の入力ノードに結合させるカップリングコンデンサＣ
とを具備することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、データ受信装置に係
り、特にデータ読取り書込み装置とタグとの間で電波に
よりデータの授受を行う無線識別タグシステムにおいて
使用され、タグ上に設けられたデータ受信装置のフロン
ト・エンド部に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、無線識別タグシステムは、例え
ばカード状に形成された携帯可能なタグカードと例えば
固定的に設置されるシステム本体側のデータ読取り書込
み装置との間でデータの無線転送を行っている。この場
合、通常は、データの“１”、“０”に応じて搬送周波
数が異なるＦＳＫ（周波数シフトキー）方式を使用して
転送を行っているものも少なくない。

【０００３】上記したようなタグカードは、電波による
非接触方式でデータの授受を行うので、接触方式でデー
タの授受を行う通常のＩＣカードのような接触部（コネ
クタ）の摩耗による劣化とか埃塵や水分などの外部環境
による影響を受けないという利点がある。また、タグカ
ードが移動中であってもデータの授受を行うことができ
る利点を活用し、無線識別タグシステムは、鉄道の自動
改札、スキー場のリフト券などへの応用が大きく期待さ
れている。

【０００４】図１は、無線識別タグシステムで使用され
るタグカードの構造の一例を示している。このタグカー
ド１は、絶縁基板上の周縁部に沿って配設された（ある
いはパターン印刷された）ループ状のアンテナ２と、上
記絶縁基板上に載置され、前記アンテナに電気的に接続
されたデータ送受信装置３と、このデータ送受信装置３
の動作電源である薄型の電池４（省略される場合があ
る。）とを具備し、全体が絶縁封止されている。上記デ
ータ送受信装置３は、データ受信装置とデータ送信装置
を含む。

【０００５】図５は、図１中のデータ受信装置の従来例
を示している。このデータ受信装置において、５１はア
ンテナ２の受信信号が入力する受信増幅回路であり、受
信信号がベースに入力するＮＰＮトランジスタＱと、こ
のトランジスタＱのエミッタと接地ノードとの間に接続
された抵抗Ｒe と、上記トランジスタＱのコレクタと電
源ノードとの間に接続された抵抗Ｒc とからなる。５２
は上記受信回路５１の出力信号をパルス化する波形整形
回路であり、通常は、後段のデータ処理回路５３と同一
集積回路チップ上に形成されたＣＭＯＳインバータ回路
あるいはＣＭＯＳバッファ回路あるいはＣＭＯＳシュミ
ットトリガー回路などが用いられる。

【０００６】上記ＣＭＯＳ型の波形整形回路５２は、バ
イポーラトランジスタと比べて入力閾値電圧が高く、入
力電圧が高くなければ動作しない。そこで、アンテナ２
と波形整形回路５２との間にバイポーラ型の受信増幅回
路５１を挿入することにより、ＮＰＮトランジスタＱの
ベース・エミッタ間順方向電圧（０．６〜０．７Ｖ）程
度の低い電圧で動作させることが可能になっている。上
記受信増幅回路５１は、使用部品点数が少ないので、前
記波形整形回路５２やデータ処理回路５３などが形成さ
れた半導体チップに対して外付けすることが可能であ
る。

【０００７】ところで、ＦＳＫデータの“１”、“０”
に応じて搬送周波数として例えば５ＭＨｚ、４ＭＨｚが
用いられる。このように受信信号の周波数が数百ＫＨｚ
程度以上になると、上記ＮＰＮトランジスタＱは、スイ
ッチング動作はするが、応答性が悪くなる。応答性を改
善するためには、抵抗Ｒe およびＲc の値を小さくすれ
ばよいが、これは、消費電流の増大をまねくので、電池
電源を用いるタグカードには不向きである。

【０００８】また、アンテナ２に誘起される受信信号は
正弦波であるが、その振幅に応じて受信増幅回路５１か
ら出力するパルス信号のデューティが様々となり、後段
でのデータ処理に際して不都合が生じるおそれがある。
即ち、図６に示すように、ＮＰＮトランジスタＱのベー
スに入力する信号の振幅が変化すると、この受信信号の
振幅がＮＰＮトランジスタＱのベース・エミッタ間順方
向電圧を越える期間が変化し、そのコレクタに現われる
電圧のオン／オフ期間の比率が変化する。このため、周
波数により変調を行うＦＳＫには不向きなものである。

【０００９】図７は、図１中のデータ受信装置の他の従
来例を示している。このデータ受信装置は、アンテナ２
の受信信号をカップリングコンデンサＣを介して受信増
幅回路７１に入力して増幅した後に波形整形回路５２に
入力している。ここで、受信増幅回路７１の出力バアス
点を後段の波形整形回路５２の電源電圧の１／２程度に
設定することにより、波形整形回路５２から出力するパ
ルス信号のデューティをほぼ５０％に保つことが可能に
なる。

【００１０】しかし、このように受信増幅回路７１の出
力バアス点を設定すると、受信信号が無い状態（スタン
バイ状態）の時にもかなりの消費電流を必要とするの
で、電池電源を使用している場合にはその寿命が低下す
る。

【００１１】図８は、図１中のデータ受信装置のさらに
他の従来例を示している。このデータ受信装置は、アン
テナ２の受信信号をカップリングコンデンサＣを介して
ナンド回路８１の第１の入力ノードに入力し、アンテナ
２の受信信号を整流回路８２（コンデンサＣ１、Ｃ２お
よびダイオードＤ１、Ｄ２よりなる。）に入力する。そ
して、整流回路８２の出力を前記ナンド回路８１の第２
の入力ノードに入力し、このナンド回路８１の出力ノー
ドと前記第１の入力ノードとの間に帰還抵抗Ｒf が接続
されている。

【００１２】このデータ受信装置によれば、アンテナ２
の受信信号を整流回路８２で整流して得られた直流電圧
がナンド回路８１の閾値電圧を越えた時のみ、アンテナ
２の受信信号がカップリングコンデンサＣを介して第１
の入力ノードに入力する信号に対応したパルス信号がナ
ンド回路８１から出力するようになる。この場合、ナン
ド回路８１の出力ノードと第１の入力ノードとが帰還抵
抗Ｒf により接続されているので、ナンド回路８１は自
己バイアスにより動作し、入力信号のレベルが変化して
も出力パルスのデューティは５０％程度で一定となり、
小信号入力に対しても追従し、受信感度が良好なものと
なる。そして、受信信号が無い状態の時（スタンバイ
時）には、ナンド回路８１は動作が不可能な状態になっ
ているので、消費電流はほぼ零に近い。

【００１３】しかし、図８に示したデータ受信装置は、
使用部品点数が多く、また、使用部品、特にダイオード
特性（ＶＦ）の良いものを使う必要があり、ＬＳＩ化も
困難であり、整流回路８２の出力が入力信号のレベルに
応じて直線的に変化するので、ナンド回路８１に電源ノ
ード・接地ノード間の貫通電流が流れている期間が長
く、動作時の消費電流が多くなり、電池電源を使用して
いる場合にはその寿命が低下する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
無線識別タグシステムで使用されるデータ受信装置は、
受信信号の振幅に応じてパルス化出力信号のデューティ
が変化して後段でのデータ処理に際して不都合が生じる
という問題、または、スタンバイ時あるいは動作時の消
費電流を多く必要とするという問題があった。

【００１５】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、受信信号の振幅に拘らずパルス化出力信号の
デューティがほぼ一定に得られ、スタンバイ時、動作時
の消費電流が少なくなって電池電源の寿命低下を抑制で
き、使用部品点数が少なくて済むデータ受信装置を提供
することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、電波によりデ
ータ転送を行う無線識別タグシステムで使用されるタグ
上に設けられるデータ受信装置において、アンテナの受
信信号が入力し、所定レベル以上の受信入力があるか否
かに応じて受信入力の有無を検出するエミッタ接地型の
受信入力検出回路と、上記受信入力検出回路の出力信号
が入力するＭＯＳ型のインバータ回路と、上記インバー
タ回路の出力信号が第１の入力ノードに入力するＭＯＳ
型のナンド回路と、上記ナンド回路の出力ノードと第２
の入力ノードとの間に接続された帰還抵抗と、前記アン
テナの受信信号を上記二入力ナンド回路の第２の入力ノ
ードに結合させるカップリングコンデンサとを具備する
ことを特徴とする。

【００１７】また、本発明は、電波によりデータ転送を
行う無線識別タグシステムで使用されるタグ上に設けら
れるデータ受信装置において、アンテナの受信信号が入
力し、所定レベル以上の受信入力があるか否かに応じて
受信入力の有無を検出するエミッタ接地型の受信入力検
出回路と、上記受信入力検出回路の出力信号が第１の入
力ノードに入力するＭＯＳ型のノア回路と、上記ノア回
路の出力ノードと第２の入力ノードとの間に接続された
帰還抵抗と、前記アンテナの受信信号を上記ノア回路の
第２の入力ノードに結合させるカップリングコンデンサ
とを具備することを特徴とする。

【００１８】

【作用】受信信号の周波数が数百ＫＨｚ程度以上になる
と、受信入力検出回路で使用されているバイポーラトラ
ンジスタのスイッチング動作の応答性が悪くなるという
特性を利用して、受信入力検出回路を電圧比較回路とし
て使用している。

【００１９】即ち、受信入力検出回路において、外部よ
り電波を受信した場合に受信信号が所定レベル以上であ
る場合には、入力信号がトランジスタの閾値電圧を越え
た時にはトランジスタがオンになり、入力信号がトラン
ジスタの閾値電圧より低くなってもトランジスタがオン
し続けるようになり、トランジスタの出力電圧は次段の
論理回路の入力レベルを第１の論理レベルに維持する。

【００２０】これにより、受信信号がカップリングコン
デンサを介して第２の入力ノードに入力するナンド回路
あるいはノア回路は、入力信号をパルス化して出力する
ようになる。この場合、ナンド回路あるいはノア回路
は、第２の入力ノードと出力ノードとの間に帰還抵抗が
接続されているので自己バイアスにより動作し、入力信
号のレベルが極く小さくても矩形波出力のデューティは
ほぼ５０％で一定になり、小信号入力に対しても追従
し、受信感度が良好なものとなる。

【００２１】なお、受信入力検出回路において、受信信
号が無い状態の時（スタンバイ時）あるいは所定レベル
より小さい場合には、トランジスタの出力電圧は次段の
論理回路の入力レベルを第２の論理レベルに維持する。
これにより、ナンド回路あるいはノア回路は、一定レベ
ルを出力する状態になっているので、その消費電流はほ
ぼ零に近い。

【００２２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は、データの“１”、“０”に応じて
搬送周波数が異なるＦＳＫ方式を使用して無線転送を行
う無線識別タグシステムで使用されるタグの一例とし
て、タグカードの構造の一例を概略的に示している。な
お、本例では、データの“１”、“０”に応じて例えば
５ＭＨｚ、４ＭＨｚの搬送周波数が使用される。

【００２３】このタグカード１は、絶縁基板上の周縁部
に沿って配設された（あるいはパターン印刷された）ル
ープ状のアンテナ２と、上記絶縁基板上に載置され、前
記アンテナに電気的に接続されたデータ送受信装置３
と、このデータ送受信装置３の動作電源である薄型の電
池４（省略される場合がある。）とを具備し、全体が絶
縁封止されている。上記データ送受信装置３は、データ
受信装置とデータ送信装置を含む。

【００２４】図２は、本発明に係るデータ受信装置の第
１実施例を示す回路図である。このデータ受信装置にお
いて、２１はアンテナ２の受信信号が入力し、所定レベ
ル以上の受信入力があるか否かに応じて受信入力の有無
を検出する受信入力検出回路である。この受信入力検出
回路２１は、入力信号がベース抵抗Ｒb を介してＮＰＮ
トランジスタＱのベースに入力し、このＮＰＮトランジ
スタＱのエミッタが接地され、このＮＰＮトランジスタ
Ｑのコレクタがコレクタ抵抗Ｒc を介して電源ノードに
接続されたエミッタ接地回路からなり、ＮＰＮトランジ
スタＱのコレクタから出力信号が取り出される。

【００２５】２２は上記受信入力検出回路２１の出力信
号が入力するＭＯＳ型（例えばＣＭＯＳ型）のインバー
タ回路、２３は上記インバータ回路２２の出力信号が第
１の入力ノードに入力するＭＯＳ型（例えばＣＭＯＳ
型）のナンド回路である。Ｒfは上記ナンド回路２３の
出力ノードと第２の入力ノードとの間に接続された帰還
抵抗、Ｃは前記アンテナ２の受信信号を上記ナンド回路
２３の第２の入力ノードに結合させるカップリングコン
デンサである。

【００２６】なお、前記インバータ回路２２およびナン
ド回路２３は、通常は、後段のデータ処理回路２４と同
一集積回路チップ上に形成される。次に、上記構成のデ
ータ受信装置の動作について、図３に示す電圧波形図を
参照しながら説明する。

【００２７】受信入力検出回路２１は、受信信号の周波
数が数百ＫＨｚ程度以上になるとＮＰＮトランジスタＱ
の応答性が悪くなることを利用して電圧比較回路として
使用されている。即ち、受信入力検出回路２１のベース
抵抗Ｒb およびコレクタ抵抗Ｒc の値を適当に設定する
ことにより、入力信号（アンテナの受信信号、正弦波）
がＮＰＮトランジスタＱの閾値電圧（ベース・エミッタ
間順方向電圧、０．６〜０．７Ｖ）を越えた時にはＮＰ
ＮトランジスタＱがオンになってそのコレクタ電圧が０
Ｖになり、入力信号がＮＰＮトランジスタＱの閾値電圧
より低くなってもＮＰＮトランジスタＱがオンし続ける
ようになる。

【００２８】つまり、受信入力検出回路２１は、０．６
〜０．７Ｖ以上の受信入力があると、ＮＰＮトランジス
タＱのコレクタ電圧（次段のインバータ回路２２の入力
電圧）を“Ｌ”レベルに維持するので、インバータ回路
２２に貫通電流が流れることはなく、このインバータ回
路２２の出力信号はナンド回路２３の第１の入力ノード
を“Ｈ”レベルに維持する。

【００２９】これにより、ナンド回路２３は、アンテナ
２の受信信号がカップリングコンデンサＣを介して第２
の入力ノードの入力する信号に応じて動作可能な状態に
なる。この場合、ナンド回路２３は、第２の入力ノード
と出力ノードとの間に帰還抵抗Ｒf が接続されているの
で自己バイアスにより動作し、入力信号のレベルが極く
小さくても矩形波出力のデューティはほぼ５０％で一定
になり、小信号入力に対しても追従し、受信感度が良好
なものとなる。

【００３０】これに対して、受信信号が無い状態の時
（スタンバイ時）のように受信入力が０．６〜０．７Ｖ
より小さい時には、ＮＰＮトランジスタＱのコレクタ電
圧は０Ｖになり、インバータ回路２２の出力信号はナン
ド回路２３の第１の入力ノードを“Ｌ”レベルに維持す
るので、ナンド回路２３の消費電流はほぼ零に近い。

【００３１】即ち、上記実施例のデータ受信装置によれ
ば、受信入力検出回路２１の受信入力が０．６〜０．７
Ｖ以上あると、受信信号の振幅に拘らずナンド回路２３
の出力信号のデューティがほぼ一定に得られ、スタンバ
イ時、動作時の消費電流が少なくなって電池電源の寿命
低下を抑制できる。

【００３２】しかも、インバータ回路２２およびナンド
回路２３などが形成されるＩＣに外付け接続される部品
（ＮＰＮトランジスタＱ、抵抗Ｒb 、Ｒc 、Ｒf 、カッ
プリングコンデンサＣ）の点数が少なくて済むので、部
品コスト、タグカードへの実装コストの低減、タグカー
ドの低価格化、小型化、薄型化が容易になる。

【００３３】図４は、本発明のデータ受信装置の第２実
施例を示す回路図である。このデータ受信装置は、第１
実施例のデータ受信装置と比べて、インバータ回路２２
が省略され、ナンド回路２３に代えて例えばＣＭＯＳ型
のノア回路４１が用いられ、受信入力検出回路２１の出
力信号が上記ノア回路４１の第１の入力ノードに直接に
入力する点が異なり、その他は同じであるので図２中と
同一符号を付している。

【００３４】また、上記各実施例の受信入力検出回路２
１において、トランジスタＱのコレクタと接地ノードと
の間に０．０１μＦ程度のバイパスコンデンサＣｐを接
続することにより、図３中に示したようなトランジスタ
Ｑのコレクタ電圧のリップル成分を除去し、コレクタ電
圧を０Ｖに近付けることが可能になる。

【００３５】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、無線識
別タグシステムで使用されるタグに設けられるデータ受
信装置を、受信信号の振幅に拘らずパルス化出力信号の
デューティがほぼ一定に得られ、スタンバイ時、動作時
の消費電流が少なくなって電池電源の寿命低下を抑制で
き、使用部品点数が少なくて済むように実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】無線識別タグシステムで使用されるタグの一例
の構成を概略的に示す平面図。

【図２】本発明のデータ受信装置の第１実施例を示す回
路図。

【図３】図２のデータ受信装置の一動作例を示す電圧波
形図。

【図４】本発明のデータ受信装置の第２実施例を示す回
路図。

【図５】従来のデータ受信装置の一例を示す回路図。

【図６】図５のデータ受信装置の一動作例を示す電圧波
形図。

【図７】従来のデータ受信装置の他の例を示す回路図。

【図８】従来のデータ受信装置のさらに他の例を示す回
路図。

【符号の説明】

２…アンテナ、２１…受信入力検出回路、２２…インバ
ータ回路、２３…ナンド回路、Ｑ…ＮＰＮトランジス
タ、Ｒb …ベース抵抗、Ｒc …コレクタ抵抗、Ｒf …帰
還抵抗、Ｃ…カップリングコンデンサ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電波によりデータ転送を行う無線識別タ
   グシステムで使用されるタグ上に設けられるデータ受信
   装置において、アンテナの受信信号が入力し、所定レベ
   ル以上の受信入力があるか否かに応じて受信入力の有無
   を検出するエミッタ接地型の受信入力検出回路と、上記
   受信入力検出回路の出力信号が入力するＭＯＳ型のイン
   バータ回路と、上記インバータ回路の出力信号が第１の
   入力ノードに入力するＭＯＳ型のナンド回路と、上記ナ
   ンド回路の出力ノードと第２の入力ノードとの間に接続
   された帰還抵抗と、前記アンテナの受信信号を上記ナン
   ド回路の第２の入力ノードに結合させるカップリングコ
   ンデンサとを具備することを特徴とするデータ受信装
   置。
2. 【請求項２】 電波によりデータ転送を行う無線識別タ
   グシステムで使用されるタグ上に設けられるデータ受信
   装置において、アンテナの受信信号が入力し、所定レベ
   ル以上の受信入力があるか否かに応じて受信入力の有無
   を検出するエミッタ接地型の受信入力検出回路と、上記
   受信入力検出回路の出力信号が第１の入力ノードに入力
   するＭＯＳ型のノア回路と、上記ノア回路の出力ノード
   と第２の入力ノードとの間に接続された帰還抵抗と、前
   記アンテナの受信信号を上記ノア回路の第２の入力ノー
   ドに結合させるカップリングコンデンサとを具備するこ
   とを特徴とするデータ受信装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のデータ受信装置
   において、前記エミッタ接地型の受信入力検出回路は、
   入力信号がベース抵抗を介してＮＰＮトランジスタのベ
   ースに入力し、このＮＰＮトランジスタのエミッタが接
   地され、このＮＰＮトランジスタのコレクタがコレクタ
   抵抗を介して電源ノードに接続されてなり、上記コレク
   タから出力信号が取り出されることを特徴とするデータ
   受信装置。