JP5073379B2

JP5073379B2 - 非接触電子装置

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Publication number: JP5073379B2
Application number: JP2007169418A
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Inventors: 一希渡邊; 孝徳山添
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Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
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Description

本発明は、非接触電子装置に関し、特に、ＩＣタグ内に含まれる半導体集積回路装置に適用して有効な技術に関するものである。

非接触電子装置内に半導体集積回路装置及びアンテナを搭載した、いわゆるＩＣタグは、リーダ・ライタ装置と半導体集積回路装置との間で情報の交換を行い、ＩＣタグが保持しているデータの送信、リーダ・ライタ装置から送信されたデータの保持など様々な機能を実現する。具体的には、ＩＣタグに搭載された半導体集積回路装置は、リーダ・ライタ装置から供給されたキャリア信号をアンテナで受信し、アンテナの両端に発生した電圧を整流及び平滑化し内部回路の動作に必要な内部電圧を形成すると共に、リーダ・ライタ装置から供給されたキャリア信号にデータを重畳することでデータのやり取りを行う。

このようなＩＣタグに関し、特許文献１には、内部クロックをＩＣタグ内で生成することによって、本質的にキャリア電波の周波数の制約を無くす技術が記載されている。また、非特許文献１や非特許文献２には、ＩＣタグの各種基本仕様が規格として記載されている。
特開２００５−１７３７９０号公報ＩＳＯ／ＩＥＣ−１８０００−６ＩＳＯ／ＩＥＣ−１５６９３

リーダ・ライタ装置とＩＣタグとの通信には、［非特許文献１］や［非特許文献２］に示されるように、８６０ＭＨｚから９６０ＭＨｚの周波数帯域、所謂、ＵＨＦ帯の高周波信号や、１３．５６ＭＨｚ帯の高周波信号がキャリア信号として利用される場合が多く、データのやり取りを規定する通信プロトコルも多数存在する。また、キャリア信号として２．４５ＧＨｚ帯を利用するものなどもある。

［非特許文献１］に記載される通信手段は、キャリア信号には８６０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚの周波数帯域、所謂、ＵＨＦ帯の高周波信号を利用し、下り通信方式は、キャリア信号の振幅を部分的に下り通信データによって変調する、所謂、振幅変調方式によって成され、下り通信データは、副搬送波を利用したミラーコード等によって符号化される。また、データレートは、ＵＨＦ帯のキャリア信号には依存せず、リーダ・ライタ装置から指定された通信速度に応じて決定される。

［非特許文献２］に記載される通信手段は、キャリア信号には１３．５６ＭＨｚ帯の高周波信号を利用し、下り通信方式は、キャリア信号の振幅を部分的に下り通信データによって変調する、所謂、振幅変調方式によって成され、下り通信データは、マンチェスタコードや副搬送波を利用したマンチェスタコードによって符号化される。また、データレートは、１３．５６ＭＨｚのキャリア信号を分周して得られる周波数によって規定される。

［非特許文献１］や［非特許文献２］等のように、一般的には、ＩＣタグは１つの周波数帯域に対応したものが大多数であり、利用用途等によって、キャリア信号の周波数や通信プロトコルが選択されている。

例えば、［非特許文献１］のようにＵＨＦ帯の高周波信号を利用するＩＣタグは、物品管理者が多数の物品に貼付されたＩＣタグを一括管理する場合等の長距離通信を必要とする利用形態には好適である。しかし、別の利用者が同一のＩＣタグを利用する場合、その利用形態が長距離通信を必要としない形態であってもＵＨＦ帯の信号を使用する必要があった。そのため、例えば、リーダ・ライタ装置内のアンテナを駆動する回路には、ＵＨＦ帯での動作が可能な高性能な部品が必要となり、安価なリーダ・ライタ装置を提供することが困難であった。

また、［非特許文献２］のように１３．５６ＭＨｚ帯の高周波信号を利用するＩＣタグは、ＵＨＦ帯に比べ、リーダ・ライタ装置を構成する部品が安価になるものの、ＩＣタグとリーダ・ライタ装置の通信距離が短いため、物品管理者が多数の物品に貼付されたＩＣタグを一括管理する場合等の長距離通信を必要とする利用形態には不利である。

このように、単一の周波数帯域に対応したＩＣタグを利用する場合、それぞれのキャリア信号や通信プロトコルが持つ利点を鑑み、ＩＣタグの利用形態に応じて、好適なキャリア信号や通信プロトコルを選択する必要があった。そのため、同一のＩＣタグに対して複数のキャリア周波数を利用することは困難であったため、それぞれのキャリア周波数や通信プロトコルが持つ利点を組み合わせて利用することができなかった。

一方、様々なキャリア信号に対応したＩＣタグとして、［特許文献１］に開示されているＩＣタグ等がある。［特許文献１］に示されるＩＣタグは、ＩＣチップに発振回路を内蔵することで、キャリア信号の周波数に対する制約を無くし、ＩＣタグに記憶されているデータの読出し方法、及び、書込み方法を実現しようとするものである。

この手段を用いることで、［非特許文献２］のようにキャリア信号に同期した通信を行う必要がないため、キャリア信号は内部電圧の生成、及び、リーダ・ライタ装置へのデータ送信にのみ使用され、キャリア信号の周波数に対する制約は軽減され、選択の自由度が向上することが見込まれる。しかし、リーダ・ライタ装置からＩＣタグへのデータ送信には光信号を使用するため、電波や電磁波のみを利用してＩＣタグとの通信を実現する［非特許文献１］や［非特許文献２］等に適用することは極めて困難であった。

そこで、本発明の目的の一つは、周波数の異なる高周波信号を利用した複数の通信プロトコルに対して応答する非接触電子装置（ＩＣタグ）を提供することにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。

本発明の非接触電子装置は、周波数の異なる電波乃至電磁波で供給される高周波信号を受信する複数のアンテナと、この複数のアンテナを用いて送受信するデータを処理する半導体集積回路装置を具備するものとなっている。そして、この半導体集積回路装置は、いずれのアンテナを介して高周波信号が入力されているかを判定する入出力判定回路を備え、この判定結果に応じて自身の内部の動作状態を変更するものとなっている。これによって、リーダ・ライタ装置からの高周波信号を受信した際に、例えばこの高周波信号の周波数帯に応じた処理内容を選択し、この周波数帯に対応した通信プロトコルでリーダ・ライタ装置に応答することなどが可能となる。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次の通りである。すなわち、非接触電子装置が、周波数の異なる高周波信号を利用した複数の通信プロトコルに対して応答することが可能になる。

以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
図１に、本発明の非接触電子装置の第１の実施の形態の基本構成を示す。図１において、Ｂ１は非接触電子装置に搭載される半導体集積回路装置、Ａ１及びＬ１は非接触電子装置に搭載されるアンテナ及びアンテナコイル、Ｃ１は共振容量である。半導体集積回路装置Ｂ１は、電源回路Ｂ２、内部回路Ｂ３、及びアンテナＡ１及びアンテナコイルＬ１を接続するためのアンテナ端子ＬＡ及びＬＢを有している。また、図１では、共振容量Ｃ１は非接触電子装置に搭載されているが、半導体集積回路装置Ｂ１に搭載しても良い。

アンテナＡ１及びアンテナコイルＬ１は、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号を受信し、アンテナ端子ＬＡ及びＬＢに高周波の交流信号を供給する。交流信号は、部分的に情報信号（データ）によって変調される。代表的には、アンテナＡ１はＵＨＦ帯や２．４５ＧＨｚ帯の高周波信号を受信することが可能なアンテナであり、リーダ・ライタ装置から電波の形態で高周波信号が供給され、アンテナコイルＬ１は１３．５６ＭＨｚ帯の高周波信号を受信することが可能なアンテナコイルであり、リーダ・ライタ装置から電磁波の形態で高周波信号が供給される。

電源回路Ｂ２は、図示はしないが、一般的な整流回路および平滑容量などから構成される。整流回路が、非接触電子装置に備えられたアンテナＡ１及びアンテナコイルＬ１が受信した交流信号を整流し、この整流回路の出力信号を平滑容量が平滑化することで、内部回路Ｂ３に供給する電源電圧ＶＤＤを得る。また、電源電圧ＶＤＤが所定の電圧以上にならないように制御するレギュレータ回路を設けても良い。

内部回路Ｂ３は、クロック抽出回路Ｂ４、インターフェース判定回路Ｂ５、クロック生成回路Ｂ６、信号処理回路Ｂ７から構成される。クロック抽出回路Ｂ４は、アンテナコイルＬ１によって受信された高周波信号を２値化することで、高周波信号と同一周期のクロック信号を生成し、出力信号Ｓ１として出力する。

インターフェース判定回路Ｂ５は、クロック抽出回路Ｂ４の出力信号Ｓ１を受け、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナＡ１またはアンテナコイルＬ１のどちらで受信しているかを判定し、その判定結果を出力信号Ｓ２として信号処理回路Ｂ７に供給する。クロック生成回路Ｂ６は、電源電圧ＶＤＤが供給されることで、信号処理回路Ｂ７が動作するためのクロック信号を生成する回路であり、一般的には発振回路等から構成される。

信号処理回路Ｂ７は、送受信回路Ｂ８、制御回路Ｂ９、メモリＢ１０、機能ブロックＢ１１から構成される。送受信回路Ｂ８は、非接触電子装置に備えられるアンテナＡ１及びアンテナコイルＬ１によって受信された交流信号に重畳される情報信号を復調してディジタルの情報信号として制御回路Ｂ９に供給する機能と、制御回路Ｂ９から出力されるディジタル信号の情報信号を受け、アンテナＡ１及びアンテナコイルＬ１が受信している交流信号を同情報信号によって変調する機能を有する。リーダ・ライタ装置は、アンテナＡ１及びアンテナコイルＬ１からの電波及び電磁波の反射が上記変調動作によって変化するのを受けて、制御回路Ｂ９からの情報信号を受信する。

メモリＢ１０は、制御回路Ｂ９との間で情報データの記録等に利用され、制御回路Ｂ９によってデータの読取りや書込み及び消去がなされる。機能ブロックＢ１１は、特に限定はされないが、データの暗号化機能等の特定の演算機能を有し、制御回路Ｂ９によって動作が制御されるものであるが、搭載されない場合もある。

信号処理回路Ｂ７は、インターフェース判定回路Ｂ５の出力信号Ｓ２に応じて自身の動作状態を変化させる。例えば、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナＡ１で受信している場合には、機能ブロックＢ１１の動作を許可し、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナコイルＬ１で受信している場合には、機能ブロックＢ１１の動作を禁止する。また、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナＡ１で受信している場合には、メモリＢ１０へのデータ書込み機能を無効とし、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナコイルＬ１で受信している場合には、メモリＢ１０へのデータ書込み機能を有効としても良い。

図２には、本発明に係る非接触電子装置に搭載されるクロック抽出回路の基本的回路構成図を示し、図３及び図４には、図１に示した非接触電子装置における各部の動作波形の一例を示す。

図３は、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナコイルＬ１で受信している場合における動作波形の一例を示しており、（Ａ）はアンテナ端子間に発生する高周波信号、（Ｂ）はクロック抽出回路Ｂ４に備えられるフィルタ回路Ｂ１２の出力信号、（Ｃ）はクロック抽出回路Ｂ４の出力信号Ｓ１、（Ｄ）はインターフェース判定回路Ｂ５の出力信号Ｓ２をそれぞれ表している。

図４は、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナＡ１で受信している場合における動作波形の一例を示しており、（Ａ）はアンテナ端子間に発生する高周波信号、（Ｂ）はクロック抽出回路Ｂ４に備えられるフィルタ回路Ｂ１２の出力信号、（Ｃ）はクロック抽出回路Ｂ４の出力信号Ｓ１、（Ｄ）はインターフェース判定回路Ｂ５の出力信号Ｓ２をそれぞれ表している。

図２に示すクロック抽出回路Ｂ４は、フィルタ回路Ｂ１２、２値化回路Ｂ１３から構成され、アンテナＡ１またはアンテナコイルＬ１によってアンテナ端子間に供給された高周波信号を、フィルタ回路Ｂ１２が不要な周波数成分を除去し、２値化回路Ｂ１３が２値化する。フィルタ回路Ｂ１２は、代表的には、ローパスフィルタで構成されるが、バンドパスフィルタを用いても良い。但し、その周波数特性は、アンテナＡ１またはアンテナコイルＬ１によって受信する高周波信号のどちらか一方だけを除去するように設定する。

また、上述の通り、アンテナＡ１はＵＨＦ帯や２．４５ＧＨｚ帯の高周波信号を受信するアンテナであり、アンテナコイルＬ１は１３．５６ＭＨｚ帯の高周波信号を受信するアンテナコイルであることから、クロック抽出回路Ｂ４の消費電流を考慮すれば、フィルタ回路Ｂ１２はアンテナコイルＬ１が受信する高周波信号を通過させ、アンテナＡ１が受信する高周波信号を除去するような周波数特性に設定することが好適である。

２値化回路Ｂ１３は、フィルタ回路Ｂ１２の出力信号と所定の電圧とを比較し、その大小関係に応じて、“０”または“１”を出力する。これにより、フィルタ回路Ｂ１２を通過した高周波信号を２値化し、抽出されたクロック信号をインターフェース判定回路Ｂ５に供給する。

リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナコイルＬ１で受信している場合は、図３に示すように、アンテナ端子間に発生した高周波信号はフィルタ回路Ｂ１２を通過し、２値化回路Ｂ１３の出力信号としてクロック信号が得られ、クロック抽出回路Ｂ４の出力信号Ｓ１となる。インターフェース判定回路Ｂ５は、クロック抽出回路Ｂ４の出力信号Ｓ１を受け、出力信号Ｓ１がクロック信号であることを検出し、アンテナコイルＬ１から高周波信号が供給されていると判定（Ｍｏｄｅ１）する。

このとき、インターフェース判定回路Ｂ５は、ノイズ等の影響を鑑みると、何周期分のクロック信号が入力されたかを数え、所定の回数Ｎを超えた場合に、アンテナコイルＬ１から高周波信号が供給されていると判定することが好ましい。図３では、判定するために８周期分のクロックを数えた場合を示している。

一方、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナＡ１で受信している場合は、図４に示すように、アンテナ端子間に発生した高周波信号はフィルタ回路Ｂ１２によって除去され、フィルタ回路Ｂ１２の出力信号は、グランド電位に近い電位を出力する。これにより、２値化回路Ｂ１３の出力信号Ｓ１にはクロック信号が得られないため、インターフェース判定回路Ｂ５の出力信号Ｓ２は初期値を出力する。ここでは、出力信号Ｓ２が初期値の場合、インターフェース判定回路Ｂ５がアンテナＡ１から高周波信号が供給されていると判定（Ｍｏｄｅ２）したことになる。

以上の構成および動作により、同一端子に２つのアンテナを接続した場合において、高周波信号を受信しているアンテナを特定することが可能になる。これにより、インターフェース判定回路Ｂ５の出力信号を利用することで、受信している高周波信号の周波数帯域に応じて信号処理回路Ｂ７に備えられる機能ブロックＢ１１の動作可否機能や、メモリＢ１０へのアクセス制限等を実現することが可能になる。

（実施の形態２）
図５に、本発明の非接触電子装置の第２の実施の形態の基本構成を示す。図５に示す第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態において、アンテナＡ１及びアンテナコイルＬ１を接続する端子を分離し、更に、信号処理回路Ｂ７が動作するために使用されるクロック信号を選択する機能と、送受信回路の選択機能を追加したものである。

図５において、Ｂ１は非接触電子装置に搭載される半導体集積回路装置、Ａ１及びＬ１は非接触電子装置に搭載されるアンテナ及びアンテナコイル、Ｃ１は共振容量である。半導体集積回路装置Ｂ１は、電源回路Ｂ２ａ及びＢ２ｂ、内部回路Ｂ３、及びアンテナＡ１を接続するためのアンテナ端子ＬＡ及びＬＢ、アンテナコイルＬ１を接続するためのアンテナ端子ＬＡ２及びＬＢ２を有している。図５では、２組のアンテナ端子を設けているが、例えば、アンテナ端子ＬＢ及びＬＢ２を半導体集積回路装置Ｂ１内のグランド電位として利用する場合等は、アンテナ端子ＬＢ２を削除し、アンテナコイルＬ１の片側端子をアンテナ端子ＬＢに接続することが可能である。また、第１の実施の形態と同様に、共振容量Ｃ１は半導体集積回路装置Ｂ１に搭載しても良い。

アンテナＡ１は、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号を受信し、アンテナ端子ＬＡ及びＬＢに高周波の交流信号を供給し、アンテナコイルＬ１は、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号を受信し、アンテナ端子ＬＡ２及びＬＢ２に高周波の交流信号を供給する。交流信号は、部分的に情報信号（データ）によって変調される。代表的には、アンテナＡ１はＵＨＦ帯や２．４５ＧＨｚ帯の高周波信号を受信することが可能なアンテナであり、リーダ・ライタ装置から電波の形態で高周波信号が供給され、アンテナコイルＬ１は１３．５６ＭＨｚ帯の高周波信号を受信することが可能なアンテナコイルであり、リーダ・ライタ装置から電磁波の形態で高周波信号が供給される。また、アンテナＡ１及びアンテナコイルＬ１の接続端子が分離されているため、それぞれのアンテナ接続端子に電源回路Ｂ２ａ及びＢ２ｂが設けられる。このとき、２つの電源回路Ｂ２からの出力電圧が電源電圧ＶＤＤとして内部回路Ｂ３に供給される。

電源回路Ｂ２ａ及びＢ２ｂは、図示はしないが、一般的な整流回路および平滑容量などから構成される。整流回路が、非接触電子装置に備えられたアンテナＡ１及びアンテナコイルＬ１が受信した交流信号を整流し、この整流回路の出力信号を平滑容量が平滑化することで、内部回路Ｂ３に供給する電源電圧ＶＤＤを得る。また、電源回路Ｂ２ａ及びＢ２ｂに備えられる平滑容量は共通化しても良いし、電源電圧ＶＤＤが所定の電圧以上にならないように制御するレギュレータ回路を設けても良い。

内部回路Ｂ３は、クロック抽出回路Ｂ４、インターフェース判定回路Ｂ５、クロック生成回路Ｂ６、信号処理回路Ｂ７、クロック選択回路Ｂ１４から構成される。クロック抽出回路Ｂ４は、アンテナコイルＬ１によって受信された高周波信号を２値化することで、高周波信号と同一周期のクロック信号を生成し、出力信号Ｓ１として出力する。

インターフェース判定回路Ｂ５は、クロック抽出回路Ｂ４の出力信号Ｓ１を受け、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナＡ１またはアンテナコイルＬ１のどちらで受信しているかを判定し、その判定結果を出力信号Ｓ２として信号処理回路Ｂ７とクロック選択回路Ｂ１４に供給する。

クロック選択回路Ｂ１４は、インターフェース判定回路Ｂ５の出力信号Ｓ２に応じて、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナＡ１で受信している場合には、クロック生成回路Ｂ６が出力するクロック信号を信号処理回路Ｂ７に供給し、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナコイルＬ１で受信している場合には、クロック抽出回路Ｂ４が２値化した高周波信号と同一周期のクロック信号を信号処理回路Ｂ７に供給する。このとき、クロック選択回路Ｂ１４は、クロック抽出回路Ｂ４とクロック生成回路Ｂ６が出力するクロック信号を選択するだけでなく、クロック信号を分周することで、通信プロトコル等に適した周波数に変更する機能を有しても良い。

信号処理回路Ｂ７は、送受信回路Ｂ８ａ及びＢ８ｂ、制御回路Ｂ９、メモリＢ１０、機能ブロックＢ１１から構成される。送受信回路Ｂ８ａは、非接触電子装置に備えられるアンテナＡ１によって受信された交流信号に重畳される情報信号を復調してディジタルの情報信号として制御回路Ｂ９に供給する機能と、制御回路Ｂ９から出力されるディジタル信号の情報信号を受け、アンテナＡ１が受信している交流信号を同情報信号によって変調する機能を有する。送受信回路Ｂ８ｂは、非接触電子装置に備えられるアンテナコイルＬ１によって受信された交流信号に重畳される情報信号を復調してディジタルの情報信号として制御回路Ｂ９に供給する機能と、制御回路Ｂ９から出力されるディジタル信号の情報信号を受け、アンテナコイルＬ１が受信している交流信号を同情報信号によって変調する機能を有する。

メモリＢ１０は、制御回路Ｂ９との間で情報データの記録等に利用され、制御回路Ｂ９によってデータの読取りや書込み及び消去がなされる。機能ブロックＢ１１は、特に限定はされないが、データの暗号化機能等の特定の演算機能を有しており、制御回路Ｂ９によって動作が制御される。また、信号処理回路Ｂ７において、インターフェース判定回路Ｂ５の出力信号Ｓ２に応じて、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナＡ１で受信している場合には、送受信回路Ｂ８ａを動作させると共に、送受信回路Ｂ８ｂを停止させ、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナコイルＬ１で受信している場合には、送受信回路Ｂ８ａを停止させると共に、送受信回路Ｂ８ｂを動作させる。

以上の構成および動作により、高周波信号を受信しているアンテナを特定することが可能になると共に、インターフェース判定回路Ｂ５の出力信号を利用することで、受信している高周波信号の周波数帯域に応じたクロック信号や送受信回路の選択が可能になる。例えば、［非特許文献２］のように、キャリア信号には１３．５６ＭＨｚ帯の高周波信号を使用し、通信データレートがキャリア信号の周波数に依存する形態である場合には、クロック抽出回路Ｂ４の出力信号Ｓ１を内部回路Ｂ３の動作クロックとして供給し、［非特許文献１］のように、キャリア信号にはＵＨＦ帯の高周波信号を使用し、通信データレートがキャリア信号の周波数に依存しない形態である場合には、クロック生成回路Ｂ６が出力するクロック信号を内部回路Ｂ３の動作クロックとして供給することで、安定したデータの送受信を実現することが可能になる。これにより、どのような通信プロトコルに対しても最適なクロック信号を選択することができ、更には、不要な送受信回路を停止することが可能になるため、消費電力を低減することができる。

（実施の形態３）
図６に、本発明の非接触電子装置の第３の実施の形態の基本構成を示す。図６に示す第３の実施の形態は、アンテナＡ１及びアンテナコイルＬ１を接続する端子を分離し、更に、検波回路によってアンテナ端子間に発生した高周波信号を検出するものである。

図６において、Ｂ１は非接触電子装置に搭載される半導体集積回路装置、Ａ１及びＬ１は非接触電子装置に搭載されるアンテナ及びアンテナコイル、Ｃ１は共振容量である。半導体集積回路装置Ｂ１は、電源回路Ｂ２ａ及びＢ２ｂ、内部回路Ｂ３、及びアンテナＡ１を接続するためのアンテナ端子ＬＡ及びＬＢ、アンテナコイルＬ１を接続するためのアンテナ端子ＬＡ２及びＬＢ２を有している。図６では、２組のアンテナ端子を設けているが、例えば、アンテナ端子ＬＢ及びＬＢ２を半導体集積回路装置Ｂ１内のグランド電位として利用する場合等は、アンテナ端子ＬＢ２を削除し、アンテナコイルＬ１の片側端子をアンテナ端子ＬＢに接続することが可能である。また、第１の実施の形態と同様に、共振容量Ｃ１は半導体集積回路装置Ｂ１に搭載しても良い。

アンテナＡ１は、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号を受信し、アンテナ端子ＬＡ及びＬＢに高周波の交流信号を供給し、アンテナコイルＬ１は、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号を受信し、アンテナ端子ＬＡ２及びＬＢ２に高周波の交流信号を供給する。交流信号は、部分的に情報信号（データ）によって変調される。代表的には、アンテナＡ１はＵＨＦ帯や２．４５ＧＨｚ帯の高周波信号を受信することが可能なアンテナであり、リーダ・ライタ装置から電波の形態で高周波信号が供給され、アンテナコイルＬ１は１３．５６ＭＨｚ帯の高周波信号を受信することが可能なアンテナコイルであり、リーダ・ライタ装置から電磁波の形態で高周波信号が供給される。また、アンテナＡ１及びアンテナコイルＬ１の接続端子が分離されているため、それぞれのアンテナ接続端子に電源回路Ｂ２が設けられる。このとき、２つの電源回路Ｂ２からの出力電圧が電源電圧ＶＤＤとして内部回路Ｂ３に供給される。

内部回路Ｂ３は、検波回路Ｂ１５ａ及びＢ１５ｂ、インターフェース判定回路Ｂ５、クロック生成回路Ｂ６、信号処理回路Ｂ７から構成される。検波回路Ｂ１５ａは、非接触電子装置に備えられるアンテナＡ１によって受信された高周波信号の有無を２値化することで、アンテナＡ１から高周波信号が供給されているか否かを検出し、検波回路Ｂ１５ｂは、非接触電子装置に備えられるアンテナコイルＬ１によって受信された高周波信号の有無を２値化することで、アンテナコイルＬ１から高周波信号が供給されているか否かを検出する。

インターフェース判定回路Ｂ５は、検波回路Ｂ１５ａの出力信号Ｓ３及び検波回路Ｂ１５ｂの出力信号Ｓ４を受け、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナＡ１またはアンテナコイルＬ１のどちらで受信しているかを判定し、その判定結果を出力信号Ｓ２として信号処理回路Ｂ７に供給する。

図７には、本発明に係る非接触電子装置に搭載される検波回路の基本的回路構成図を示し、図８及び図９には、図６に示した非接触電子装置における各部の動作波形の一例を示す。

図８は、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナコイルＬ１で受信している場合における動作波形の一例を示しており、（Ａ）はアンテナコイルＬ１の両端に発生する高周波信号、（Ｂ）はアンテナＡ１の両端に発生する高周波信号、（Ｃ）は検波回路Ｂ１５ｂに備えられる整流部の出力信号、（Ｄ）は検波回路Ｂ１５ｂに備えられるフィルタ回路の出力信号、（Ｅ）は検波回路Ｂ１５ｂの出力信号Ｓ４、（Ｆ）は検波回路Ｂ１５ａに備えられる整流部の出力信号、（Ｇ）は検波回路Ｂ１５ａに備えられるフィルタ回路の出力信号、（Ｈ）は検波回路Ｂ１５ａの出力信号Ｓ３、（Ｉ）はインターフェース判定回路Ｂ５の出力信号Ｓ２をそれぞれ表している。

図９は、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナＡ１で受信している場合における動作波形の一例を示しており、（Ａ）はアンテナコイルＬ１の両端に発生する高周波信号、（Ｂ）はアンテナＡ１の両端に発生する高周波信号、（Ｃ）は検波回路Ｂ１５ｂに備えられる整流部の出力信号、（Ｄ）は検波回路Ｂ１５ｂに備えられるフィルタ回路の出力信号、（Ｅ）は検波回路Ｂ１５ｂの出力信号Ｓ４、（Ｆ）は検波回路Ｂ１５ａに備えられる整流部の出力信号、（Ｇ）は検波回路Ｂ１５ａに備えられるフィルタ回路の出力信号、（Ｈ）は検波回路Ｂ１５ａの出力信号Ｓ３、（Ｉ）はインターフェース判定回路Ｂ５の出力信号Ｓ２をそれぞれ表している。

図７に示す検波回路Ｂ１５は、整流部Ｂ１６、フィルタ回路Ｂ１７、２値化回路Ｂ１８から構成される。アンテナＡ１またはアンテナコイルＬ１によってアンテナ端子間に供給された高周波信号を、整流部Ｂ１６が整流・平滑化し、フィルタ回路Ｂ１７が不要な周波数成分を除去し、２値化回路Ｂ１８が２値化する。

整流部Ｂ１６は、代表的には、ダイオード、抵抗、容量等から構成され、アンテナ端子間に供給された高周波信号を整流し、平滑化する。フィルタ回路Ｂ１７は、代表的には、ローパスフィルタで構成される。また、その周波数特性は、整流部の出力信号が持つ高周波成分を除去するように設定する。２値化回路Ｂ１８は、フィルタ回路Ｂ１７の出力信号と所定の電圧とを比較し、その大小関係に応じて、“０”または“１”を出力する。これにより、フィルタ回路Ｂ１７の出力信号を２値化し、その２値化された信号をインターフェース判定回路Ｂ５に供給する。なお、整流部Ｂ１６やフィルタ回路Ｂ１７は、電源回路Ｂ２ａ，Ｂ２ｂ内に同様の機能を実現するものが存在する場合には、それらを利用することも可能である。

リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナコイルＬ１で受信している場合は、図８に示すように、アンテナコイルＬ１の両端に発生した高周波信号が整流部Ｂ１６によって整流され、フィルタ回路Ｂ１７を通過することで高周波成分が除去される。フィルタ回路Ｂ１７の出力信号を２値化回路Ｂ１８によって２値化し、出力信号Ｓ４に“Ｈ”出力が得られる。このとき、アンテナＡ１では高周波信号を受信していないため、フィルタ回路Ｂ１７の出力信号はグランド電位となり、２値化回路Ｂ１８の出力信号Ｓ３には“Ｌ”出力が得られる。これらにより、インターフェース判定回路Ｂ５は、アンテナコイルＬ１から高周波信号が供給されていると判定（Ｍｏｄｅ１）する。

一方、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナＡ１で受信している場合は、図９に示すように、アンテナＡ１の両端に発生した高周波信号が整流部Ｂ１６によって整流され、フィルタ回路Ｂ１７を通過することで高周波成分が除去される。フィルタ回路Ｂ１７の出力信号を２値化回路Ｂ１８によって２値化し、出力信号Ｓ３に“Ｈ”出力が得られる。このとき、アンテナコイルＬ１では高周波信号を受信していないため、フィルタ回路Ｂ１７の出力信号はグランド電位となり、２値化回路Ｂ１８の出力信号Ｓ４には“Ｌ”出力が得られる。これらにより、インターフェース判定回路Ｂ５は、アンテナＡ１から高周波信号が供給されていると判定（Ｍｏｄｅ２）する。

以上の構成および動作により、高周波信号を受信しているアンテナを特定することが可能になると共に、インターフェース判定回路Ｂ５の出力信号を利用することで、受信している高周波信号の周波数帯域に応じたクロック信号や送受信回路の選択が可能になる。更に、検波回路Ｂ１５ａ及び検波回路Ｂ１５ｂは、高周波信号が入力される場合においても、検波回路に備えられる２値化回路Ｂ１８に入力される信号の変化点が少ないため、主として、検波回路に備えられる２値化回路の消費電力を低減することが可能になる。

（実施の形態４）
図１０に、本発明の非接触電子装置の第４の実施の形態の基本構成を示す。図１０に示す第４の実施の形態は、アンテナやアンテナコイルを接続する２組の接続端子を具備し、一方のアンテナ接続端子にはアンテナＡ１が接続され、もう一方のアンテナ接続端子にはアンテナＡ２及びアンテナコイルＬ１が接続され、更に、検波回路によってアンテナ端子間に発生した高周波信号を検出すると共に、クロック抽出回路によってアンテナコイルＬ１から高周波信号が供給されていることも検出するものである。

図１０において、Ｂ１は非接触電子装置に搭載される半導体集積回路装置、Ａ１及びＡ２は非接触電子装置に搭載されるアンテナ、Ｌ１及びＣ１は非接触電子装置に搭載されるアンテナコイル及び共振容量である。半導体集積回路装置Ｂ１は、電源回路Ｂ２ａ及びＢ２ｂ、内部回路Ｂ３、アンテナＡ１を接続するためのアンテナ端子ＬＡ及びＬＢ、アンテナＡ２及びアンテナコイルＬ１を接続するためのアンテナ端子ＬＡ２及びＬＢ２を有している。図１０では、２組のアンテナ端子を設けているが、例えば、アンテナ端子ＬＢ及びＬＢ２を半導体集積回路装置Ｂ１内のグランド電位として利用する場合等は、アンテナ端子ＬＢ２を削除し、アンテナコイルＬ１の片側端子をアンテナ端子ＬＢに接続することが可能である。また、第１の実施の形態と同様に、共振容量Ｃ１は半導体集積回路装置Ｂ１に搭載しても良い。

アンテナＡ１は、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号を受信し、アンテナ端子ＬＡ及びＬＢに高周波の交流信号を供給し、アンテナＡ２は、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号を受信し、アンテナ端子ＬＡ２及びＬＢ２に高周波の交流信号を供給し、アンテナコイルＬ１は、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号を受信し、アンテナ端子ＬＡ２及びＬＢ２に高周波の交流信号を供給する。交流信号は、部分的に情報信号（データ）によって変調される。代表的には、アンテナＡ１及びＡ２はＵＨＦ帯や２．４５ＧＨｚ帯の高周波信号を受信することが可能なアンテナであり、リーダ・ライタ装置から電波の形態で高周波信号が供給され、アンテナコイルＬ１は１３．５６ＭＨｚ帯の高周波信号を受信することが可能なアンテナコイルであり、リーダ・ライタ装置から電磁波の形態で高周波信号が供給される。

例えば、アンテナＡ１はＵＨＦ帯の高周波信号を受信するアンテナとし、アンテナＡ２は２．４５ＧＨｚ帯の高周波信号を受信するアンテナとすれば、アンテナコイルＬ１が受信する１３．５６ＭＨｚ帯の高周波信号と合わせて、３つの周波数帯の高周波信号を受信することが可能になる。また、アンテナＡ１の接続端子とアンテナＡ２及びアンテナコイルＬ１の接続端子が分離されているため、それぞれのアンテナ接続端子に電源回路Ｂ２ａ及びＢ２ｂが設けられる。このとき、２つの電源回路Ｂ２からの出力電圧が電源電圧ＶＤＤとして内部回路Ｂ３に供給される。

電源回路Ｂ２ａ及びＢ２ｂは、図示はしないが、一般的な整流回路および平滑容量等から構成される。整流回路が、非接触電子装置に備えられたアンテナＡ１及びアンテナコイルＬ１が受信した交流信号を整流し、この整流回路の出力信号を平滑容量が平滑化することで、内部回路Ｂ３に供給する電源電圧ＶＤＤを得る。また、電源回路Ｂ２ａ及びＢ２ｂに備えられる平滑容量は共通化しても良いし、電源電圧ＶＤＤが所定の電圧以上にならないように制御するレギュレータ回路を設けても良い。

内部回路Ｂ３は、検波回路Ｂ１５ａ及びＢ１５ｂ、クロック抽出回路Ｂ４、インターフェース判定回路Ｂ５、クロック生成回路Ｂ６、クロック選択回路Ｂ１４、信号処理回路Ｂ７から構成される。検波回路Ｂ１５ａは、非接触電子装置に備えられるアンテナＡ１によって受信された高周波信号の有無を２値化することで、アンテナＡ１から高周波信号が供給されているか否かを検出し、検波回路Ｂ１５ｂは、非接触電子装置に備えられるアンテナＡ２またはアンテナコイルＬ１によって受信された高周波信号の有無を２値化することで、アンテナＡ２またはアンテナコイルＬ１から高周波信号が供給されているか否かを検出する。クロック抽出回路Ｂ４は、非接触電子装置に備えられるアンテナコイルＬ１によって受信された高周波信号を２値化することで、高周波信号と同一周期のクロック信号を生成し、出力信号Ｓ１として出力する。

インターフェース判定回路Ｂ５は、検波回路Ｂ１５ａの出力信号Ｓ３、検波回路Ｂ１５ｂの出力信号Ｓ４、及び、クロック抽出回路Ｂ４の出力信号Ｓ１を受け、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナＡ１及びＡ２、更にアンテナコイルＬ１のどれで受信しているかを判定する。例えば、アンテナＡ１から高周波信号が供給されている場合は、検波回路Ｂ１５ａの出力信号Ｓ３によって判定し、アンテナＡ２及びアンテナコイルＬ１から高周波信号が供給されている場合は、検波回路Ｂ１５ｂの出力信号Ｓ４によって判定する。更に、実施の形態１で示したように、クロック抽出回路Ｂ４がアンテナＡ２とアンテナコイルＬ２によって供給される高周波信号からクロック信号を抽出できるか否かによって、アンテナＡ２及びアンテナコイルＬ１のどちらで高周波信号を受信しているかを判断する。

インターフェース判定回路Ｂ５は、これらの判定結果を出力信号Ｓ２として信号処理回路Ｂ７とクロック選択回路Ｂ１４に供給する。但し、実施の形態４では、３つのアンテナまたはアンテナコイルが接続されるため、インターフェース判定回路Ｂ５は３つの状態を表現できる信号線を用いて出力信号Ｓ２を出力する。

クロック選択回路Ｂ１４は、インターフェース判定回路Ｂ５の出力信号Ｓ２に応じて、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナＡ１またはＡ２で受信している場合には、クロック生成回路Ｂ６が出力するクロック信号を信号処理回路Ｂ７に供給し、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナコイルＬ１で受信している場合には、クロック抽出回路Ｂ４によって生成されたクロック信号を信号処理回路Ｂ７に供給する。このとき、クロック選択回路Ｂ１４は、クロック抽出回路Ｂ４とクロック生成回路Ｂ６が出力するクロック信号を選択するだけでなく、クロック信号を分周することで、通信プロトコル等に適した周波数に変更する機能を有しても良い。

信号処理回路Ｂ７は、２つの送受信回路Ｂ８ａ及びＢ８ｂ、制御回路Ｂ９、メモリＢ１０、機能ブロックＢ１１から構成される。送受信回路Ｂ８ａは、非接触電子装置に備えられるアンテナＡ１によって受信された交流信号に重畳される情報信号を復調してディジタルの情報信号として制御回路Ｂ９に供給する機能と、制御回路Ｂ９から出力されるディジタル信号の情報信号を受け、アンテナＡ１が受信している交流信号を同情報信号によって変調する機能を有する。送受信回路Ｂ８ｂは、非接触電子装置に備えられるアンテナＡ２またはアンテナコイルＬ１によって受信された交流信号に重畳される情報信号を復調してディジタルの情報信号として制御回路Ｂ９に供給する機能と、制御回路Ｂ９から出力されるディジタル信号の情報信号を受け、アンテナＡ２またはアンテナコイルＬ１が受信している交流信号を同情報信号によって変調する機能を有する。

メモリＢ１０は、制御回路Ｂ９の間で情報データの記録等に利用され、制御回路Ｂ９によってデータの読取りや書込み及び消去がなされる。機能ブロックＢ１１は、特に限定はされないが、データの暗号化機能等の特定の演算機能を有し、制御回路Ｂ９によって動作が制御されるものであるが、搭載されない場合もある。また、信号処理回路Ｂ７は、インターフェース判定回路Ｂ５の出力信号Ｓ２に応じて、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナＡ１で受信している場合には、送受信回路Ｂ８ａを動作させると共に、送受信回路Ｂ８ｂを停止させ、リーダ・ライタ装置から供給される高周波信号をアンテナコイルＬ１で受信している場合には、送受信回路Ｂ８ａを停止させると共に、送受信回路Ｂ８ｂを動作させる。

以上の構成および動作により、半導体集積回路装置Ｂ１に２組のアンテナ接続端子を設けることで、３つの周波数帯域の高周波信号に対応したアンテナを接続することが可能になる。更に、高周波信号を受信しているアンテナを特定することが可能になると共に、インターフェース判定回路Ｂ５の出力信号を利用することで、受信している高周波信号の周波数帯域に応じたクロック信号や送受信回路の選択が可能になる。これにより、使用している通信プロトコルに最適なクロック信号の周波数を選択することができ、更には、不要な送受信回路を停止することが可能になるため、消費電力を低減することが可能になる。

以上、本発明者によりなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、実施の形態１では、半導体集積回路装置内にクロック選択機能を有していないが、実施の形態２のように１３．５６ＭＨｚ帯の高周波信号から抽出されるクロック信号と、クロック生成回路から出力されるクロック信号を選択する機能を有することも可能であるし、実施の形態３において、アンテナコイルＬ１をアンテナＡ２に変更することも可能である。また、非接触電子装置に備えられる電源回路、受信部、送信部、制御部、メモリを複数の半導体集積回路装置で構成するものであっても良い。

また、本実施の形態は、ＩＣタグに限らず、電波や電磁波の形態によってデータのやり取りを実現する非接触電子装置に広く利用できる。

本発明は、非接触電子装置、所謂ＩＣタグ等に適用して好適である。

本発明の非接触電子装置の第１の実施の形態である。本発明に係る非接触電子装置に搭載されるクロック抽出回路の具体的な実施の形態である。図１で示した非接触電子装置における各部の動作波形の一例である。図１で示した非接触電子装置における各部の動作波形の一例である。本発明の非接触電子装置の第２の実施の形態である。本発明の非接触電子装置の第３の実施の形態である。本発明に係る非接触電子装置に搭載される検波回路の具体的な実施の形態である。図６で示した非接触電子装置における各部の動作波形の一例である。図６で示した非接触電子装置における各部の動作波形の一例である。本発明の非接触電子装置の第４の実施の形態である。

符号の説明

Ａ１，Ａ２アンテナ
ＬＡ，ＬＢアンテナ端子
Ｌ１アンテナコイル
Ｃ１共振容量
ＶＤＤ電源電圧
Ｂ１半導体集積回路装置
Ｂ２電源回路
Ｂ３内部回路
Ｂ４クロック抽出回路
Ｂ５インターフェース判定回路
Ｂ６クロック生成回路
Ｂ７信号処理回路
Ｂ８送受信回路
Ｂ９制御回路
Ｂ１０メモリ
Ｂ１１機能ブロック
Ｂ１２，Ｂ１７フィルタ回路
Ｂ１３，Ｂ１８２値化回路
Ｂ１４クロック選択回路
Ｂ１５検波回路
Ｂ１６整流部

Claims

アンテナを搭載する非接触電子装置であって、
前記非接触電子装置は、半導体集積回路装置と、周波数の異なる電波または電磁波で供給される高周波信号を受信する複数のアンテナとを具備し、
前記半導体集積回路装置は、前記複数のアンテナを接続する単数または複数のアンテナ接続端子と、電源回路と、入出力判定回路と、クロック回路と、データ送受信回路と、信号処理回路とを具備し、
前記入出力判定回路は、いずれのアンテナを介して高周波信号が入力されているかを判定し、
前記半導体集積回路装置は、前記入出力判定回路の出力信号に応じて動作状態が変化するように構成され、
前記入出力判定回路は、
前記アンテナから供給された高周波信号の中から所定の周波数範囲の高周波信号を抽出するフィルタ回路と、
前記フィルタ回路の出力を２値判定する２値化回路とを備え、
前記２値化回路の出力によって前記アンテナから供給される高周波信号が所定の周波数範囲の高周波信号であるか否かを判定することを特徴とする非接触電子装置。
請求項１記載の非接触電子装置において、
前記半導体集積回路装置は、前記アンテナ接続端子及び前記電源回路及び前記データ送受信回路を複数組み具備することを特徴とする非接触電子装置。
請求項２記載の非接触電子装置において、
前記複数のデータ送受信回路のそれぞれは、
前記アンテナに供給される高周波信号に重畳された情報信号を復調する機能と、
前記アンテナに供給される高周波信号を情報信号で変調する機能とを有し、
前記入出力判定回路の出力信号に応じて個別に動作状態または非動作状態に制御されることを特徴とする非接触電子装置。
請求項１記載の非接触電子装置において、
前記フィルタ回路は、前記周波数の異なる電波または電磁波で供給される高周波信号の中から相対的に低周波数側の高周波信号を抽出することを特徴とする非接触電子装置。
アンテナを搭載する非接触電子装置であって、
前記非接触電子装置は、半導体集積回路装置と、周波数の異なる電波または電磁波で供給される高周波信号を受信する複数のアンテナとを具備し、
前記半導体集積回路装置は、前記複数のアンテナを接続する単数または複数のアンテナ接続端子と、電源回路と、入出力判定回路と、クロック回路と、データ送受信回路と、信号処理回路とを具備し、
前記入出力判定回路は、いずれのアンテナを介して高周波信号が入力されているかを判定し、
前記半導体集積回路装置は、前記入出力判定回路の出力信号に応じて動作状態が変化するように構成され、
前記入出力判定回路は、
前記アンテナから供給された高周波信号を整流および平滑化する整流部と、
前記整流部の出力を安定化させるフィルタ回路と、
前記フィルタ回路の出力を２値判定する２値化回路とを備え、
前記２値化回路の出力によって前記アンテナから供給される高周波信号の有無を判定することを特徴とする非接触電子装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の非接触電子装置において、
前記クロック回路は、前記データ送受信回路を含む各種内部回路の動作クロックを生成し、
前記各種内部回路には、前記入出力判定回路の出力信号に応じて異なる周波数の前記動作クロックが供給されることを特徴とする非接触電子装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の非接触電子装置において、
前記信号処理回路は、
前記半導体集積回路装置の動作状態を制御する機能と、
特定の演算処理を実行する演算機能と、
情報を保存するメモリ部とを有し、
前記演算機能は、前記入出力判定回路の出力信号に応じて動作状態または非動作状態に制御されることを特徴とする非接触電子装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の非接触電子装置において、
前記信号処理回路は、
前記半導体集積回路装置の動作状態を制御する機能と、
特定の演算処理を実行する演算機能と、
情報を保存するメモリ部とを有し、
前記メモリ部は、前記入出力判定回路の出力信号に応じてアクセス可否が制御されることを特徴とする非接触電子装置。
アンテナ接続端子と、
それぞれが前記アンテナ接続端子に並列に接続され、それぞれが異なる周波数の高周波信号を受信する複数のアンテナと、
前記アンテナ接続端子から供給された異なる周波数の高周波信号の中から所定の周波数範囲の高周波信号を抽出するフィルタ回路と、
前記フィルタ回路の出力を２値判定する２値化回路とを具備し、
前記２値化回路の出力によって、前記複数のアンテナのいずれが高周波信号を受信しているかを判定することを特徴とする非接触電子装置。
請求項９記載の非接触電子装置において、
前記フィルタ回路は、前記異なる周波数の高周波信号の中から相対的に低周波数側の高周波信号を抽出することを特徴とする非接触電子装置。