JP2008187227A - Ｒｆｉｄリーダ - Google Patents

Abstract

【課題】データキャリアに対し所定周波数の電力供給信号を送信しデータキャリアから応答信号を受信するＲＦＩＤリーダにおいて、送信部から受信部に対する干渉を防止できるようにする。
【解決手段】可変減衰器１９および可変位相シフト器２０を備え送信部２の送信信号を受信アンテナ９による受信信号に合成させている。このため、送信アンテナ８から受信アンテナ９側に干渉Ｋを生じたとしても適切に干渉防止することができる。したがって、復調器１１を構成するミキサの線形動作領域を改善でき、受信部３のダイナミックレンジを改善することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＲＦＩＤタグや非接触ＩＣカードに対して電力供給信号を送信しその応答信号を受信することにより通信処理を行うＲＦＩＤリーダに関する。

この種のＲＦＩＤリーダは、ＲＦＩＤタグや非接触ＩＣカードなどのデータキャリアに対して所定周波数の電波信号を送信することで電力を供給し、データキャリアが供給された電力を利用してＲＦＩＤリーダに信号を応答することによって通信が行われている。

尚、本願に関連する文献として特許文献１に示す文献がある。この特許文献１の技術では、第１の受信アンテナの受信信号を一定のレベルに増幅し、第２の受信アンテナの受信信号を一定のレベルに増幅し、これらの信号の位相差を検出し、当該位相差情報に基づいて第１の受信アンテナの受信信号の位相に対して第２の受信アンテナの受信信号の位相を逆位相になるように調整し、第１の受信アンテナの受信信号と合成するようにしている。
特開平５−１０２８６７号公報

ＲＦＩＤリーダは、データキャリアに対して所定以上の電力の電波信号を電力供給信号として送信する必要があるが、ＲＦＩＤリーダの内部では、送信部による電力供給信号が受信部に対して漏洩し、当該漏洩電力が干渉してしまい、受信部のダイナミックレンジを狭める原因となってしまっている。特許文献１に開示されている技術を適用しても、送信部から受信部に対する干渉については防止できないという不具合を生じている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、データキャリアに対し所定周波数の電力供給信号を送信しデータキャリアから応答信号を受信するＲＦＩＤリーダにおいて、送信部から受信部に対する干渉を防止できるようにしたＲＦＩＤリーダを提供することにある。

請求項１記載の発明によれば、干渉防止部は減衰器によって送信部の電力供給信号を減衰して受信部の受信入力側に与えるため、送信部から受信部に対する干渉を防止できる。
請求項３記載の発明によれば、振幅検出部は受信部の受信信号の振幅を検出し、第１の減衰制御部は検出された振幅に応じて減衰器の減衰度を調整制御するため、より適切な減衰度に調整することができ、より干渉防止性能を向上できる。

請求項４記載の発明によれば、オフセット信号検出部は受信部の受信信号を所定周波数で同期検波した後のＤＣオフセット信号を検出し、第２の減衰制御部は検出されたＤＣオフセット信号に応じて減衰器の減衰度を調整制御するため、より適切な減衰度に調整することができ、より干渉防止性能を向上できる。

請求項２記載の発明によれば、干渉防止部は位相シフト器によって送信部の電力供給信号の位相をシフトして受信部の受信入力側に与えるため、送信部から受信部に対する干渉を防止できる。

請求項５記載の発明によれば、位相シフト器は送信部の電力供給信号出力の逆位相に位相をシフトして受信部の受信入力として与えるため、送信部から直接与えられる電力供給信号成分と相殺することができ、より干渉防止性能を向上できる。

請求項６記載の発明によれば、振幅検出部は受信部の受信信号の振幅を検出し、第１のシフト量制御部は検出された振幅に応じて位相シフト器によるシフト量を調整制御するため、より適切なシフト量に調整することができ、より干渉防止性能を向上できる。

この場合、第１のシフト量制御部は、送信部がデータキャリアに対して信号を送信する前にシフト量を調整制御したり（請求項７）、送信部がデータキャリアに対して信号を送信した後、受信部がデータキャリアから応答信号を受信する直前にシフト量を調整制御したり（請求項８）、ＲＦＩＤリーダ本体の電源がオンされる度にシフト量を調整制御することが望ましい。これにより、受信信号の振幅に応じて位相シフト器によるシフト量をより適切に調整することができる。

請求項１０記載の発明によれば、オフセット信号検出部は、受信部の受信信号を所定周波数で同期検波した後のＤＣオフセット信号を検出し、第２のシフト量制御部は、オフセット信号検出部により検出されたＤＣオフセット信号に応じて位相シフト器のシフト量を調整制御するため、より適切なシフト量に調整することができ、より干渉防止性能を向上できる。

この場合、第２のシフト量制御部は、送信部がデータキャリアに対して信号を送信する前にシフト量を調整制御したり（請求項１１）、送信部がデータキャリアに対して信号を送信した後、受信部がデータキャリアから応答信号を受信する直前にシフト量を調整制御したり（請求項１２）、ＲＦＩＤリーダ本体の電源がオンされる度にシフト量を調整制御する（請求項１３）ことが望ましい。これにより、ＤＣオフセット信号に応じて位相シフト器のシフト量をより適切に調整することができる。

請求項１４記載の発明によれば、干渉防止部は送信用アンテナと受信用アンテナとの間に接続されているため、受信系のＳ／Ｎ比をより向上できる。

以下、本発明のＲＦＩＤリーダを、データキャリアとしてのＲＦタグとの間でＵＨＦ帯を使用して通信処理を行うＲＦＩＤリーダライタに適用した一実施形態について図面を参照しながら説明する。

ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）とは、微小な無線チップによって人や物体を識別、管理するために用いられる技術であり、特に流通業界においてバーコードに代わる商品識別技術や管理技術として開発が進められている。

図１は、ＲＦＩＤリーダライタの電気的構成について機能ブロック図により示している。ＲＦＩＤリーダライタ（以下、リーダライタと略す）Ａは、耐環境性に優れた数ｃｍ程度の大きさのＲＦタグ（ＲＦＩＤタグ）Ｂとの間で電波信号を介してデータ通信処理を行うように構成されている。ＲＦタグＢは、所定周波数の例えば無変調波もしくは変調波の電力供給信号がリーダライタＡから非接触で電力供給されることによって駆動する。したがって、ＲＦタグＢは電池を持たず半永久的に利用可能なパッシブタイプのタグである。このＲＦタグＢは、ラベル型、カード型、コイン型、スティック型など様々な形状があり用途に応じて選択され使い分けられる。

図１に示すように、リーダライタＡは、制御回路１、送信器２、受信器３、干渉キャンセラ部４、発振器５を主として構成されている。制御回路１は、マイクロコンピュータを主として構成され、ＲＦタグＢとの間の通信制御処理や干渉キャンセラ部４に対して各種パラメータを設定するための各種制御を行うように構成されており、減衰制御部、シフト量制御部として機能する。制御回路１は、コマンドデータなどのデータを送信部２に対して送信する。発振器５は電圧制御発振器により構成され、制御回路１から与えられる制御信号に基づいて周波数を変更して所定周波数の無変調信号を生成し送信部２に与えるように構成されている。

送信器２は変調器６およびパワーアンプ７によって構成されている。変調器６は、制御回路１からデータが与えられると必要に応じて搬送波信号をデータによって変調する。パワーアンプ７は、変調器６から与えられる信号を増幅し、干渉キャンセラ４を通じて送信アンテナ８を介してＲＦタグＢに対して電波信号を送信する。

ＲＦタグＢは、リーダライタＡから送信される電波信号により電力駆動し、リーダライタＡから電波信号に重畳したコマンドデータが与えられると、当該コマンドデータの内容に基づいてＲＦタグＢがコマンドを処理することでＲＦタグＢに記憶される内容を読取、書込等の処理を行うように構成されている。ＲＦタグＢは、必要に応じてコマンドを処理した後リーダライタＡに対して所定周波数の電波信号によって応答信号を送信する。

リーダライタＡは、ＲＦタグＢから応答信号が電波信号により送信されると受信アンテナ９によって当該電波信号を受信し、干渉キャンセラ部４を通じて受信部３に応答信号が与えられる。

受信部３は、ＬＮＡ（ローノイズアンプ）１０および復調器１１を備えている。ＬＮＡ１０は低雑音増幅器であり応答信号を増幅する。ＬＮＡ１０の後段に他の増幅器を設けても良い。復調器１１はミキサを備えて構成され、増幅された応答信号を発振器５から送信される所定周波数信号に応じてダイレクトコンバージョン方式によってダウンコンバートし同期検波方式によって復調するように構成されている。

復調器１１には振幅検出部１２が接続されている。この振幅検出部１２は、復調器１１に与えられる応答信号の振幅を検出するように構成され、検出された振幅情報を制御回路１に与えるように構成されている。

他方、制御回路１はスイッチ１３を切替制御可能に構成されている。このスイッチ１３は、受信部３の受信信号をＤＣオフセット信号検出部１４側とベースバンド信号復調器１５側とに切替可能に構成されており、干渉キャンセラ部４の調整制御時にはＤＣオフセット信号検出部１４側に切替えると共に、ＲＦタグＢからデータを受信するときにはベースバンド信号復調器１５側に切り替えるように構成されている。

受信部３の受信信号がベースバンド信号復調器１５側に与えられる場合にはハイパスフィルタ１６を介してデータの例えば４０ｋＨｚ〜６４０ｋＨｚのベースバンド信号が与えられるようになる。ベースバンド信号復調器１５では当該ベースバンド信号の復調を行いデータを制御回路１に与えるように構成されている。

本実施形態では干渉キャンセラ部４の構成やその制御方法などに特徴を備えているため、以下、その説明を中心に行う。図２は、干渉キャンセラ部の概略的な電気的構成をブロック図によって示している。

この図２に示すように、干渉キャンセラ部４は、結合器（方向性結合器：カップラ）１７、１８、可変減衰器１９、可変位相シフト器２０を備えている。
結合器１７は、送信側のパワーアンプ７と送信アンテナ８との間に接続されており、パワーアンプ１７から与えられる信号を分配し可変減衰器１９に与える。可変減衰器１９は、与えられる信号を制御回路１から与えられる減衰制御信号に応じて所定レベルだけ減衰し、可変位相シフト器２０に与える。可変位相シフト器２０は、制御回路１から与えられる位相シフト量制御信号に応じて所定レベル（例えば、逆位相）だけ位相をシフトし結合器１８に与える。結合器１８は、受信アンテナ９とローノイズアンプ１０との間に接続されており、可変位相シフト器２０から与えられた信号を受信アンテナ９による受信信号と合成しローノイズアンプ１０に与える。

リーダライタＡは、ＲＦタグＢから−３０ｄＢｍ以下で応答信号を受信するが、送信部２が送信する電力が３０ｄＢｍ程度であるため、この送信信号が受信アンテナ９を介して受信部３の受信入力側に干渉する。特に送信アンテナ９および受信アンテナ９間の距離が近いとその影響も顕著となる。そこで、干渉キャンセラ部４を設けている。干渉キャンセラ部４は、制御回路１から与えられる制御信号に応じて減衰度や位相シフト量を調整し、送信部２の送信出力側信号を減衰および位相シフトして受信部３の受信入力側に与えるため、その影響を極力除外することができる。

この場合、制御回路１はＤＣオフセット信号検出部１４にて検出されたＤＣオフセット信号に応じて減衰度や位相シフト量を調整制御しても良いし、振幅検出部１２にて検出された振幅に応じて減衰度や位相シフト量を調整制御しても良い。すると適切な調整量に調整することができるため干渉を適切に除去することができる。

図３は、制御回路が制御信号を干渉キャンセラ部に与えて減衰度や位相シフト量の調整を行うタイミングの一例を示している。リーダライタＡは、ＡＳＫ変調したコマンド信号をＲＦタグＢに対して送信するが、この応答信号をＲＦタグＢから受信する。その後、制御回路１は、変調器６にデータを与えることなく無変調信号を送信アンテナ８から送信し、ＤＣオフセット信号検出部１４の直流信号や振幅検出部１２の振幅信号に応じて干渉キャンセラ部４に制御信号を与えて減衰度や位相シフト量の調整制御を行う。すると、その直後、コマンド信号を送信するときにはこの最適化された状態で応答信号を受信することができる。

このようにして、送信部２からＲＦタグＢに対して信号を送信する直前に減衰度および位相シフト量を調整制御しているため、電波信号の伝播環境に応じた減衰度および位相シフト量に調整することができ干渉を抑制できる。尚、ＲＦタグＢから応答信号を受信する直前に減衰度および位相シフト量を調整制御するようにしても良い。この場合もほぼ同様の作用効果が得られる。

図４は、制御回路による制御の流れを概略的に示すフローチャートである。
この図４に示すように、制御回路１は、振幅検出部１２による振幅検出値を読取り（Ｓ１）、振幅検出部１２の検出値が所定値以下であるか否かを判定し（Ｓ２）、所定値以下となっていなければ（Ｓ２：ＮＯ）減衰度および位相シフト量を調整制御し（Ｓ３）、ステップＳ１から繰り返す。ステップＳ２を満たせば、制御回路１は、ＤＣオフセット信号検出部１４による検出値が所定値以下であるか否かを判定し（Ｓ５）、所定値以下となっていなければ（Ｓ５：ＮＯ）、減衰度および位相シフト量を調整制御し（Ｓ６）、ステップＳ４から繰り返す。ステップＳ５も満たせば当該制御処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、可変減衰器１９および可変位相シフト器２０を備えて送信部２の送信信号を受信信号に合成させているため、送信アンテナ８から受信アンテナ９に干渉Ｋを生じたとしても適切に干渉防止することができる。したがって、復調器１１を構成するミキサの線形動作領域を改善でき、受信部３のダイナミックレンジを改善することができる。

また、送信部２の所定周波数の無変調信号（電力供給信号）を可変減衰器１９が減衰すると共に可変位相シフト器２０が位相を調整して受信部３の受信入力側に与えてその状態をＤＣオフセット信号検出器１４や振幅検出部１２にて検出し、干渉キャンセラ部４の減衰度や位相シフト量を調整制御しているため、適切に干渉防止制御を行うことができる。
本実施形態に示すように、可変減衰器１９および位相シフト器２０を組み合わせて構成することによって、より適切な干渉防止性能を向上できる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形または拡張が可能である。
リーダライタＡがコマンドを送信する直前に調整制御する実施形態を示したが、リーダライタＡの電源がオンされる度に減衰度や位相シフト量を調整制御する構成に適用しても良い。

干渉防止部としての干渉キャンセラ部４として、可変減衰器１９および可変位相シフト器２０を具備した実施形態を示したが、何れか一方のみの構成のものにも適用可能である。
複数の送信アンテナ８や複数の受信アンテナ９を具備した構成に適用しても良い。この場合、アンテナを選択切替えした後に減衰度や位相シフト量を制御すると良い。複数の搬送波周波数を使用するシステムに適用すると良い。搬送波周波数を選択切替えした後に減衰度や位相シフト量を制御すると良い。このような場合、適切な干渉防止効果が得られる。

可変減衰器１９の減衰度の制御を行うようにしたが、この制御は必要に応じて設ければ良い。位相シフト器２０のシフト量を制御するようにしたが、この制御も必要に応じて設ければ良い。また、このような制御はどのようなタイミングで行っても良い。
干渉キャンセラ部４を、送信用アンテナ８と送信部２の出力側との間のノードと、受信用アンテナ９と受信部３の受信側のノードとの間に接続するようにした実施形態を示したが、効果的であればＲＦＩＤリーダライタＡの中の何れのノード間に接続するようにしても良い。
ＵＨＦ帯のＲＦリーダライタＡに適用したが、ＵＨＦ帯に限られないし、ＲＦタグの記憶情報の読取専用のＲＦリーダにも適用可能である。
また、前述実施形態のＲＦリーダライタＡを、非接触ＩＣカードに記憶された情報を読取るリーダに適用しても良い。

本発明の一実施形態について概略的な電気的構成を示すブロック図 干渉防止部内の概略的な電気的構成を示すブロック図 制御タイミングを概略的に示すタイミングチャート 制御の流れを概略的に示すフローチャート

符号の説明

図面中、１は制御回路（第１、第２の減衰制御部、第１、第２のシフト量制御部）、２は送信部、３は受信部、４は干渉キャンセラ部（干渉防止部）、８は送信アンテナ（送信用アンテナ）、９は受信アンテナ（受信用アンテナ）、１９は可変減衰器（減衰器）、２０は可変位相シフト器（位相シフト器）、ＡはＲＦＩＤリーダ、ＢはＲＦタグ（データキャリア）を示す。

Claims (16)

1. 送信用アンテナを介してデータキャリアに対し所定周波数の電力供給信号を送信する送信部と、
   前記データキャリアからの応答信号を受信用アンテナを介して受信する受信部と、
   前記送信部による電力供給信号の送信出力側と前記受信部の受信入力側との間に前記送信部の電力供給信号を減衰する減衰器を具備した干渉防止部とを備えたことを特徴とするＲＦＩＤリーダ。
2. 送信用アンテナを介してデータキャリアに対し所定周波数の電力供給信号を送信する送信部と、
   前記データキャリアからの応答信号を受信用アンテナを介して受信する受信部と、
   前記送信部による電力供給信号の送信出力側と前記受信部の受信入力側との間に前記送信部の電力供給信号の位相をシフトして前記受信部の受信入力側に与える位相シフト器を具備した干渉防止部とを備えたことを特徴とするＲＦＩＤリーダ。
3. 前記受信部の受信信号の振幅を検出する振幅検出部と、
   前記振幅検出部により検出された振幅に応じて前記減衰器の減衰度を調整制御する第１の減衰制御部とを備えたことを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤリーダ。
4. 前記受信部の受信信号を前記所定周波数で同期検波した後のＤＣオフセット信号を検出するオフセット信号検出部と、
   前記オフセット信号検出部により検出されたＤＣオフセット信号に応じて前記減衰器の減衰度を調整制御する第２の減衰制御部とを備えたことを特徴とする請求項１または３記載のＲＦＩＤリーダ。
5. 前記位相シフト器は、前記送信部の電力供給信号出力の逆位相に位相をシフトして前記受信部の受信入力側に与えるように構成されていることを特徴とする請求項２記載のＲＦＩＤリーダ。
6. 前記受信部の受信信号の振幅を検出する振幅検出部と、
   前記振幅検出部により検出された振幅に応じて前記位相シフト器によるシフト量を調整制御する第１のシフト量制御部とを備えたことを特徴とする請求項２または５記載のＲＦＩＤリーダ。
7. 前記第１のシフト量制御部は、前記送信部が前記データキャリアに対して信号を送信する前にシフト量を調整制御することを特徴とする請求項６記載のＲＦＩＤリーダ。
8. 前記第１のシフト量制御部は、前記送信部が前記データキャリアに対して信号を送信した後、前記受信部が前記データキャリアから応答信号を受信する直前にシフト量を調整制御することを特徴とする請求項６または７記載のＲＦＩＤリーダ。
9. 前記第１のシフト量制御部は、ＲＦＩＤリーダ本体の電源がオンされる度にシフト量を調整制御することを特徴とする請求項６ないし８の何れかに記載のＲＦＩＤリーダ。
10. 前記受信部の受信信号を前記所定周波数で同期検波した後のＤＣオフセット信号を検出するオフセット信号検出部と、
    前記オフセット信号検出部により検出されたＤＣオフセット信号に応じて前記位相シフト器のシフト量を調整制御する第２のシフト量制御部とを備えたことを特徴とする請求項２、６ないし９の何れかに記載のＲＦＩＤリーダ。
11. 前記第２のシフト量制御部は、前記送信部が前記データキャリアに対して信号を送信する前にシフト量を調整制御することを特徴とする請求項１０記載のＲＦＩＤリーダ。
12. 前記第２のシフト量制御部は、前記送信部が前記データキャリアに対して信号を送信した後、前記受信部が前記データキャリアから応答信号を受信する直前にシフト量を調整制御することを特徴とする請求項１０または１１記載のＲＦＩＤリーダ。
13. 前記第２のシフト量制御部は、ＲＦＩＤリーダ本体の電源がオンされる度にシフト量を調整制御することを特徴とする請求項１０ないし１２の何れかに記載のＲＦＩＤリーダ。
14. 前記干渉防止部は、前記送信用アンテナと前記受信用アンテナとの間に接続されていることを特徴とする請求項１ないし１３の何れかに記載のＲＦＩＤリーダ。
15. ＵＨＦ帯のＲＦＩＤリーダに適用したことを特徴とする請求項１ないし１４の何れかに記載のＲＦＩＤリーダ。
16. 前記データキャリアとしてＲＦＩＤタグまたは非接触ＩＣカードを適用し、当該データキャリアに記憶されたデータを読取るためのリーダに適用したことを特徴とする請求項１ないし１５の何れかに記載のＲＦＩＤリーダ。

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