JPH09511886A - エネルギーおよびデータの無接触伝送システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 伝送または受信ステーションが集積可能な制御回路により駆動される少なくとも１つの送信または受信‐振動回路を有するエネルギーおよびデータの無接触伝送のためのシステムであって、集積された制御回路が振動回路（１、２）に並列に追加接続可能な多数のキャパシタンス（５、６、７）と、前記スイッチング手段（８、９、１０）を駆動するための手段（１１）とを有するシステム。

Description

【発明の詳細な説明】 エネルギーおよびデータの無接触伝送システム 本発明は、請求項１の前文によるエネルギーおよびデータを無接触で伝送する ためのシステムに関する。 このようなシステムは一般にたとえばチップカード、チップキーなどの形態の 固定のステーションおよび可動部分から成っている。その際固定ステーションは 可動部分に対するエネルギーを供給する。そのために一般に緩く結合されたコイ ル対が設けられており、各コイルは可動または固定部分の振動コイルに対応付け られている。その際エネルギー伝達は、可動部分の整流器ユニットおよびその後 段に接続されている調節ユニットに供給される高周波信号により行われる。 無接触のエネルギー伝達を有するこのようなシステムでは効率は、一次回路の 伝達周波数が二次回路の共振周波数に相当するときに最高になる。一次回路はそ の際にたとえば固定部分の振動回路であり、また二次回路は可動部分の振動回路 である。構成部分の変動に基づいてこの要求は構成部分の許容差の和のなかでし か達成されない。損失電力、構成要素のＱ値、一次および二次回路の結合係数な どへの技術的要求は二次回路の調整を不可避とする。 ドイツ特許第 3810702C2号明細書には、固定ステーションが同調可能な振動回 路を含んでいる無接触エネルギーおよびデータ伝送装置が示されている。この振 動回路は、可能なかぎり良好な受入れが達成されるように可動部分の振動回路へ の同調を実行するため制御回路により駆動される。同調を行うため固定部分の振 動回路に対して並列に、調整回路から導出された値の連続的な制御電圧により制 御されるキャパシタンスダイオードが接続されている。制御電圧の変更により、 回路の離調が補正されるように、キャパシタンスダイオードが後調整される。 従って本発明の課題は、上記の要求を簡単な仕方で満足し、また同調可能な振 動回路が可動ステーションに設けられているエネルギーおよびデータの無接触伝 送のためのシステムを提供することにある。 この課題は請求項１の特徴部分により解決される。実施態様は従属請求項の特 徴部分に記載されている。 本発明の利点は、一次または二次回路の振動回路のキャパシタンスに対して追 加的に接続可能なキャパシタンスを用意することにより共振周波数が簡単に調整 できることにある。調整は手動または自動で行われる。 別の有利な実施態様では、共振周波数の平均値から出発して追加的なキャパシ タンスを追加または除去することによって、最適な調整が行われる。 さらに別の有利な実施態様では、このようにして求められた値が可動部分の不 揮発性メモリに記憶され、またこうして新たな結合のつど直ちに利用される。 接続可能なキャパシタンスがそれぞれ、各１つのスイッチング手段を介して振 動回路信号から発生される供給電位に接続可能である２つのキャパシタンスから 成る直列回路として構成されるならば、よりわずかな供給電圧を有する集積可能 な制御回路の作動が可能である。 以下、図面に示されている実施例により本発明を一層詳細に説明する。 図１は本発明によるシステムの受信部分の第１の実施例を、また 図２はその第２の実施例を示す。 図１による実施例では、符号１を付して伝送コイルが、また符号２を付してコ イルに並列に接続されまた伝送コイルと一緒に振動回路を形成するキャパシタン スが示されている。振動回路の端子は集積回路の接点３、４に通じている。集積 回路は、詳細には示されていないが、それぞれ必要なエネルギー伝送回路および データ伝送回路ならびに後段に接続されている評価ユニットを含んでいる。図１ に示されている例では振動回路の共振周波数を調整するためのマッチング回路の みが記入されている。符号５、６および７を付して、たとえばｎ個の並列にスイ ッチング可能なキャパシタンスのうちの３つが示されている。これらは一方では 端子接点３と、また他方ではそれぞれ付設のスイッチングトランジスタ８、９、 １０の負荷区間を介してスイッチング接点４と接続されている。スイッチングト ランジスタ８、９、１０の制御端子はそれぞれ駆動ユニット１１の制御出力端と 接続されている。駆動ユニット１１は不揮発性メモリ１２と接続されている。 追加的な接続可能なキャパシタンス５、６、７はたとえば可動部分の二次振動 回路を調整する役割をする。キャパシタンスの大きさは、外部の構成要素１、２ の許容差が補償され得るように選ばれている。調整はたとえば、キャパシタンス ５、６、７が外部の振動回路１、２に対して並列に追加または除去され得るよう な仕方で行われる。この目的でキャパシタンス５、６、７の一部が調整過程の前 に、すなわち集積回路のいわゆるパワー‐オン‐フェイスの間に既に追加接続さ れている。調整過程によりこれらが除去され、もしくは追加的なキャパシタンス により補われる。振動回路の調整のために必要なキャパンタンスの値はたとえば ＥＥＰＲＯＭ１２に格納され、また集積回路の始動過程の間に特別な外部接続回 路の調整のために呼出される。 調整前に追加接続されているキャパシタンスにより調整可能な許容差範囲およ び共振周波数は中心に合わされる。それによって始動特性が改善され、また予同 調により大きい許容差が許容され、また調整範囲が負の許容差範囲にも正の許容 差範囲にも拡大される。 駆動ユニット１１はその際に、それがたとえば既に集積回路上に一般に設けら れているマイクロプロセッサを介してパワー‐オン‐フェイスの間に、自動的に システムの調整が行われるように駆動されるように構成することができる。その ためには単に、最適な共振周波数がいつ設定されているかをプロセッサに知らせ るアナログ‐ディジタル‐インタフェースを設ければよい。アナログ‐ディジタ ル変換器に供給可能なこのような信号は多くの場合可動部分の電圧供給部から簡 単に導出され得る。 同じく調整は固定部分でも行うことができるが、その場合には可動部分による データ伝送の始動の前に各可動部分に対して別々に行わなければならないであろ う。このような装置の利点は、可動部分の集積回路のチップ占有面積が小さくて すむことであろう。 図２に示されている可動部分の実施例では、振動回路１、２に対して並列に接 続されている調整用のキャパシタンスはそれぞれ、スイッチング要素を介して互 いに接続可能であり、またそれによって振動回路１、２に並列に接続可能である 第１および第２のキャパシタンスを含んでいる。詳細には、コンデンサ１０５は 第１の端子で振動回路１、２の端子４と接続されており、コンデンサ２０５は振 動回路１、２の端子３と接続されている。コンデンサ１０５、２０５の他方の端 子はそれぞれスイッチングトランジスタ１０８または２０８を介して供給電位Ｖ ＳＳに対する端子２２と接続されている。トランジスタ１０８、２０８の制御端 子は互いに接続されており、また駆動ユニット１１により共振周波数に振動回路 １、２を同調させるために上記のように駆動される。相応の仕方で別のコンデン サ対、たとえばそれぞれ対応付けられているスイッチングトランジスタ１１０ま たは２１０を有するコンデンサ１０７および２０７が設けられている。 供給電位ＶＳＳは、並列振動回路から端子３、４において取り出され整流かつ 平滑化された供給電圧の負極である。これにより集積回路は電圧を供給される。 そのためにブリッジ整流回路２０が入力側で端子３、４と接続されている。その 出力側には平滑化コンデンサ２３が接続されており、その一方の端子には負の供 給電位ＶＳＳが、またその他方の端子２１には正の供給電位ＶＤＤが印加されて いる。 図１に示されている実施例では、スイッチング手段として設けられているスイ ッチングトランジスタ８、９、１０がトランスファ‐トランジスタとして作用す る。トランジスタの導通のためには正のゲート‐ソース間電圧が必要である。端 子４における電位は基準点に固定されていないので、そのつどのスイッチングト ランジスタが確実にスイッチオンされないことまたは確実にスイッチオフされな いことが生じ得る。トランジスタの正しいスイッチオンまたはスイッチオフを保 証するためには、回路は比較的高い供給電圧を必要とする。このことは他方にお いて供給電圧の許容範囲への要求が高められることを意味する。すなわち供給電 圧は可能なかぎり高く、また可能なかぎり安定に用意される必要がある。 それとは異なり、図２の実施例では各スイッチングトランジスタは図１の場合 のように並列振動回路の端子３、４の間の接続枝路へ浮動的に接続されておらず に、基準電位ＶＳＳと接続されている。もしたとえばトランジスタ１０８、２０ ８がスイッチオンさわるならば、端子４と基準電位ＶＳＳとの間のコンデンサ１ ０５も端子３と基準電位ＶＳＳとの間のコンデンサ２０５も有効になる。この場 合、コンデンサ１０５、２０５は振動回路１、２の端子３、４の間の直列回路と して有効になる。これらの理由から回路はより低い供給電圧の際にも作動する。 これに相応して供給電圧に対してより高い変動範囲が許容される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マルクアルト、クルト ドイツ連邦共和国 デー−81673 ミユン ヘン ヨゼフスブルクシユトラーセ 33 (72)発明者 ノレス、ユルゲン ドイツ連邦共和国 デー−81825 ミユン ヘン ブライトルンシユトラーセ ９ (72)発明者 ライナー、ローベルト ドイツ連邦共和国 デー−82008 ウンタ ーハツヒング ゾイレンシユトラーセ ２ ／５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．可動ステーションと固定ステーションとの間のエネルギーおよびデータの無 接触伝送のためのシステムであって、固定ステーションの１つが集積可能な制御 回路（１２）により駆動される同調可能な振動回路（１、２）を有するシステム において、可動ステーションにおいて集積可能な制御回路（１２）がスイッチン グ手段（８、９、１０）により振動回路（１、２）に並列に追加接続可能な多数 のキャパシタンス（５、６、７）と、前記スイッチング手段（８、９、１０）を 駆動するための手段（１１）とを有することを特徴とするエネルギーおよびデー タの無接触伝送システム。 ２．前記駆動手段（１１）がシステムの始動の際に平均値から出発して、追加的 なキャパシタンス（５、６、７）を追加または除去することによって、振動回路 （１、２）の調整を行うことを特徴とする請求項１記載のシステム。 ３．不揮発性のメモリ手段（１２）が設けられ、この手段に振動回路（１、２） を調整するための求められた値が記憶されることを特徴とする請求項２記載のシ ステム。 ４．追加接続可能なキャパシタンスの少なくとも１つが第１および第２の部分キ ャパシタンス（１０５、２０５；１０７、２０７）を有し、また部分キャパシタ ンスがそれぞれ少なくとも１つのスイッチング手段（１０８、２０８；１１０、 ２１０）を介して互いに接続されることを特徴とする請求項１ないし３の１つに 記載のシステム。 ５．第１および第２の部分キャパシタンス（１０５、２０５；１０７、２０７） の間の接続節点が基準電位（ＶＳＳ）に対する端子（２２）に接続されることを 特徴とする請求項４記載のシステム。 ６．振動回路（１、２）が、第１のキャパシタンス（１０５；１０７）が接続さ れている第１の端子（４）と、第２のキャパシタンス（２０５；２０７）が接続 されている第２の端子（３）とを有し、第１および第２のキャパシタンスがそれ ぞれ１つのスイッチング手段（１０８、２０８；１１０、２１０）を介して供給 電位（ＶＳＳ）に対する端子と接続され、またスイッチング手段が同極性で駆動 可能であることを特徴とする請求項４または記載のシステム。 ７．供給電位（ＶＳＳ）が振動回路（１、２）の端子（３、４）から取り出し可 能な電圧から整流（２０）および平滑化（２３）により得られることを特徴とす る請求項６記載のシステム。