JP2010020381A - Rfid reader device - Google Patents
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Abstract
【課題】RFIDタグに問い合わせ信号を送信し、RFIDタグからの応答信号を読み取るRFIDリーダ装置に関するものであり、RFIDタグとの通信品質を維持しながら、消費電力を抑えることを目的とする。
【解決手段】RFIDリーダ装置は、問い合わせ信号の電力を増幅する電力増幅部72と、データ信号で搬送波を変調して送信する変調期間と搬送波を無変調で送信する無変調期間とで電力増幅部72の動作領域を切り替えるバイアス制御回路74とを備え、バイアス制御回路74は、変調期間では電力増幅部72の直線増幅領域に動作領域を設定し、無変調期間では電力増幅部72の非直線増幅領域に動作領域を設定する。
【選択図】図5The present invention relates to an RFID reader device that transmits an inquiry signal to an RFID tag and reads a response signal from the RFID tag, and aims to suppress power consumption while maintaining communication quality with the RFID tag.
An RFID reader device includes a power amplifying unit for amplifying the power of an inquiry signal, a power amplifying unit with a modulation period for modulating and transmitting a carrier wave with a data signal, and a non-modulating period for transmitting the carrier wave without modulation. A bias control circuit 74 for switching the operation region of 72. The bias control circuit 74 sets the operation region in the linear amplification region of the power amplification unit 72 during the modulation period, and nonlinear amplification of the power amplification unit 72 during the non-modulation period. Set the operation area to the area.
[Selection] Figure 5
Description
本発明は、RFIDタグに問い合わせ信号を送信し、RFIDタグからの応答信号を読み取るRFIDリーダ装置に関する。 The present invention relates to an RFID reader device that transmits an inquiry signal to an RFID tag and reads a response signal from the RFID tag.
近年、物流、物品などの管理を効率化するために、RFID(Radio Frequency IDentification)タグが利用されている。例えば、製造工場や運送倉庫での製品管理や配送先毎の振り分けなどに使用されていた。この用途では物品に品番や送り先などのタグ情報を記憶したRFIDタグを取り付けておき、この物品をコンベアなどで搬送していた。そして、コンベアの搬送途中にRFIDリーダ装置を設け、このRFIDリーダ装置によりRFIDタグのタグ情報を読み取り物品を管理していた。 In recent years, RFID (Radio Frequency IDentification) tags have been used in order to improve the management of logistics and goods. For example, it has been used for product management at distribution factories and shipping warehouses and for distribution by delivery destination. In this application, an RFID tag storing tag information such as a product number and a destination is attached to the article, and the article is conveyed by a conveyor or the like. An RFID reader device is provided in the middle of conveying the conveyor, and the RFID reader device reads tag information of the RFID tag to manage articles.
RFIDタグは、タグアンテナ部とタグICチップとを備えている。このRFIDタグの中でも、パッシブ型と呼ばれるRFIDタグは、RFIDリーダ装置のアンテナから出力される問い合わせ信号(電波)をタグアンテナ部で受けて電力を発生させ、この電力によりタグICチップを動作させていた。 The RFID tag includes a tag antenna unit and a tag IC chip. Among these RFID tags, an RFID tag called a passive type generates power by receiving an inquiry signal (radio wave) output from the antenna of the RFID reader device at the tag antenna unit, and operates the tag IC chip with this power. It was.
RFIDリーダ装置は、RFIDタグに十分な電力を供給するために送信部に電力増幅部を設け、この電力増幅部により問い合わせ信号の出力を大きくしていた。このため、電力増幅部の消費電力は大きく、発熱も大きいので、大型のヒートシンクで熱を放熱するなどしてRFIDリーダ装置が大きなものになっていた。 In the RFID reader device, a power amplifying unit is provided in the transmitting unit in order to supply sufficient power to the RFID tag, and the output of the inquiry signal is increased by the power amplifying unit. For this reason, the power consumption of the power amplifying unit is large and the heat generation is also large, so that the RFID reader device becomes large by radiating heat with a large heat sink.
このような中で、送信部の電力増幅部を間欠動作させることにより消費電力を抑え、これにより発熱を抑える技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
従来のRFIDリーダ装置は、送信部を間欠動作させているため、送信部からの出力が停止した期間にRFIDタグの電力が不足する場合もあり、電力が不足した場合には動作が不安定になり通信品質が劣化するという課題があった。 Since the conventional RFID reader device operates the transmission unit intermittently, the RFID tag power may be insufficient during the period when the output from the transmission unit is stopped, and the operation becomes unstable when the power is insufficient. There was a problem that communication quality deteriorated.
そこで本発明は、RFIDタグとの通信品質を維持しながら、消費電力を抑えることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to suppress power consumption while maintaining communication quality with an RFID tag.
この目的を達成するために、本発明のRFIDリーダ装置は、RFIDタグにデータ信号および搬送波を含む問い合わせ信号を送信し、RFIDタグからの応答信号を受信するRFIDリーダ装置であって、問い合わせ信号の電力を増幅する電力増幅部と、データ信号で搬送波を変調して送信する変調期間と搬送波を無変調で送信する無変調期間とで電力増幅部の動作領域を切り替える動作領域切替部とを備え、動作領域切替部は、変調期間では電力増幅部の直線増幅領域に動作領域を設定し、無変調期間では電力増幅部の非直線増幅領域に動作領域を設定することを特徴とする。このような構成により、所期の目的を達成するものである。 In order to achieve this object, an RFID reader apparatus of the present invention is an RFID reader apparatus that transmits an inquiry signal including a data signal and a carrier wave to an RFID tag and receives a response signal from the RFID tag. A power amplifying unit for amplifying power; and an operation region switching unit for switching an operation region of the power amplifying unit between a modulation period for modulating and transmitting a carrier wave with a data signal and a non-modulating period for transmitting the carrier wave without modulation, The operation region switching unit sets an operation region in the linear amplification region of the power amplification unit during the modulation period, and sets an operation region in the non-linear amplification region of the power amplification unit during the non-modulation period. With such a configuration, the intended purpose is achieved.
以上のように本発明は、問い合わせ信号の電力を増幅する電力増幅部と、データ信号で搬送波を変調して送信する変調期間と搬送波を無変調で送信する無変調期間とで電力増幅部の動作領域を切り替える動作領域切替部とを備え、動作領域切替部は、変調期間では電力増幅部の直線増幅領域に動作領域を設定し、無変調期間では電力増幅部の非直線増幅領域に動作領域を設定する。 As described above, according to the present invention, the power amplifying unit that amplifies the power of the inquiry signal, the operation of the power amplifying unit with the modulation period in which the carrier wave is modulated and transmitted with the data signal and the non-modulation period in which the carrier wave is transmitted without modulation. An operation region switching unit that switches regions, the operation region switching unit sets the operation region in the linear amplification region of the power amplification unit during the modulation period, and sets the operation region in the nonlinear amplification region of the power amplification unit during the non-modulation period. Set.
これにより、変調期間では問い合わせ信号を直線性の良いA級の増幅領域で増幅して信号の品質を維持しつつ、無変調期間では問い合わせ信号をAB級の増幅領域で増幅して電力増幅部の効率を向上させることができるので、RFIDタグとの通信品質を維持しながら消費電力を抑え、発熱も抑えることができる。 As a result, the inquiry signal is amplified in the class A amplification region with good linearity in the modulation period to maintain the signal quality, and in the non-modulation period, the inquiry signal is amplified in the class AB amplification area to Since efficiency can be improved, power consumption can be suppressed and heat generation can be suppressed while maintaining communication quality with the RFID tag.
以下、本発明の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態)
まず、図1から図4を参照しながら、本発明の実施の形態におけるRFIDリーダ装置が用いられるRFIDシステムの概要を説明する。
(Embodiment)
First, an outline of an RFID system in which an RFID reader device according to an embodiment of the present invention is used will be described with reference to FIGS.
図1は本発明の実施の形態におけるRFIDリーダ装置およびRFIDタグを含むRFIDシステム8の構成を示す概略図、図2は同RFIDシステム8に用いられる信号の周波数割り当て状態を示す説明図、図3は同RFIDシステム8に用いられるRFIDリーダ装置5から送信される信号の波形図、図4は同RFIDシステム8の構成を示すブロック図である。
1 is a schematic diagram showing a configuration of an
図1は本実施の形態におけるRFIDシステム8を物品1の製造工程に用いた例を示している。この製造工程において、RFIDタグ4が取り付けられた物品1が図示しないベルトコンベアなどの搬送装置によって矢印の方向に搬送される。そして、この製造工程の全体を制御する中央制御装置2が設けられ、通信回線3を介してRFIDリーダ装置5を制御し、RFIDリーダ装置5がRFIDタグ4と交信することにより、物品1の管理番号を読み取るなどして、製造工程の管理を行う。
FIG. 1 shows an example in which the
物品1の各々にはRFIDタグ4が取り付けられており、製造工程における搬送装置の所定の位置にRFIDリーダ装置5が設置されている。RFIDリーダ装置5は、物品1に取り付けられたRFIDタグ4が交信可能な領域内に入ったときにRFIDタグ4のタグ情報を読み取る。RFIDリーダ装置5は、送信アンテナ6によってRFIDタグ4に問い合わせ信号を電波で送信し、RFIDタグ4から返信されてきた応答信号を受信アンテナ7によって受信する。図1中に破線で示した領域はそれぞれのRFIDリーダ装置5が交信可能な領域の範囲を示す。複数のRFIDリーダ装置5が近接しても受けられている場合には、それぞれの交信可能な領域どうしが重複することもある。
An
このような製造工程において、物品1が所定の位置に搬送されてくると、RFIDリーダ装置5から物品1のRFIDタグ4に向けて管理番号を問い合わせる問い合わせ信号を送信する。
In such a manufacturing process, when the
RFIDタグ4は、この問い合わせ信号を受信すると、問い合わせ内容を復調し、問い合わせに対応して、例えば物品1の管理番号などの応答信号を返信する。
When receiving the inquiry signal, the
RFIDリーダ装置5は、RFIDタグ4から返信されてきた応答信号を受信して、その物品1の管理番号を識別する。その識別した管理番号に応じて中央制御装置2で製造工程中の図示しない製造装置などを制御するなどして、物品1に対して所定の加工、組み立てなどを行う。
The
図2に、RFIDリーダ装置5で交信用に用いられる周波数の使用例を示す。ここでは、952MHz〜954MHzがRFID用に割り当てられ、その中にCH1〜CH9までの9チャンネルが200kHz間隔で設定されている。複数のRFIDリーダ装置5が近接して設けられていてそれらの交信可能領域が重複するような場合には、相互に信号が混信しないように各RFIDリーダ装置5で異なったチャンネルの信号が使用される。例えば、第1のRFIDリーダ装置5ではCH1を使い、隣接する第2のRFIDリーダ装置5ではCH3を使うというように設定される。この使用するチャンネルは、例えば中央制御装置2で制御することができる。
FIG. 2 shows an example of using frequencies used for communication in the
所定の搬送波として、上記のようなUHF帯(例えば952MHz〜955MHz)以外にも、マイクロ波帯(例えば2.45GHz)、HF帯(例えば13.56MHz)の周波数を利用することもできる。 In addition to the UHF band (for example, 952 MHz to 955 MHz) as described above, a frequency of a microwave band (for example, 2.45 GHz) and an HF band (for example, 13.56 MHz) can also be used as the predetermined carrier wave.
図3に、RFIDシステム8においてRFIDリーダ装置5からRFIDタグ4に向けて送信される問い合わせ信号の一例を示す。この問い合わせ信号は、RFIDタグ4に管理番号などを問い合わせる期間Dと、RFIDタグ4から返信されてくる応答信号を受信するために待機するとともにRFIDタグ4に電力を供給するための搬送波を送る期間Sとによって構成されている。
FIG. 3 shows an example of an inquiry signal transmitted from the
期間D(以下、「変調期間D」という)では、RFIDリーダ装置5は、データ信号で所定のチャンネルの搬送波を変調した問い合わせ信号をRFIDタグ4に向けて送信する。
In the period D (hereinafter referred to as “modulation period D”), the
待機などの期間S(以下、「無変調期間S」という)では、RFIDリーダ装置5は、変調されていない連続した無変調の搬送波をRFIDタグ4に向けて送信する。通常、変調期間Dと無変調期間Sとの時間長は後者の方が5倍程度以上と相当に長く、10msec程度に設定されている。RFIDタグ4では、この無変調期間Sに応答するデータに応じてタグアンテナ部から反射する無変調搬送波の反射状態(バックスキャッタ)を変化させることにより、応答信号をRFIDリーダ装置5に返信する。この応答信号の詳細は後述する。
In a period S such as standby (hereinafter, referred to as “non-modulation period S”), the
次に、図4を参照しながら、RFIDタグ4とRFIDリーダ装置5が含まれるRFIDシステム8の構成および動作について説明する。
Next, the configuration and operation of the
まず、RFIDリーダ装置5がRFIDタグ4と交信を開始する状態から説明する。RFIDリーダ装置5は、RFIDタグ4に、例えば「管理番号を返答せよ」という問い合わせ信号を送信するように中央制御装置2から制御される。その制御信号は通信回線3を介してRFIDリーダ装置5のインターフェース51から制御部52に伝えられる。
First, the state in which the
これにより、制御部52はメモリ部53から問い合わせのために必要なデータを読み出す。この問い合わせのためのデータにより変調部54で所定のチャンネルの搬送波をASK(Amplitude Shift Keying)変調し、送信部55で増幅し、送信アンテナ6を介して、RFIDタグ4に向けて電波として送信する。
As a result, the
次に、RFIDタグ4は、タグアンテナ部41とタグICチップ42とを有し、タグアンテナ部41で電波の問い合わせ信号を受信する。すると、まず、この受信した信号をダイオード43で整流して直流電圧(以下、「DC電圧」という)を生成する。このDC電圧をコンデンサ44に充電して動作用の電源としてタグICチップ42の各部に供給し、タグICチップ42を起動する。これによって、タグICチップ42の制御部45、復調部46、変調部47、メモリ部48が起動する。このように、パッシブ型のRFIDタグ4では電池などの電源を搭載しなくてもタグICチップ42を動作させることができる。
Next, the
なお、パッシブ型のRFIDタグ4はタグアンテナ部41で受信した信号から生成した電力を利用するので、その電源容量は小さい。このため、タグICチップ42では各部の消費電力が極力抑えられている。
Since the
次に、RFIDタグ4において制御部45からの指示で、復調部46が受信した電波から「管理番号を返答せよ」という問い合わせデータを復調すると、制御部45はメモリ部48から記憶保持している管理番号のタグ情報を読み出す。
Next, in response to an instruction from the
メモリ部48に記憶保持されたタグ情報、すなわち、物品1の管理番号が「管理番号A」であった場合には、制御部45はその問い合わせに対して「管理番号A」という応答データを作成し、これにより変調部47を介してスイッチ49(例えば、トランジスタなどのスイッチ素子)をオン、オフさせることにより応答信号を返信する。
If the tag information stored in the
すなわち、スイッチ49がオンすればタグアンテナ部41の端子が短絡され、スイッチ49がオフされればタグアンテナ部41の端子が開放される。これによって、RFIDリーダ装置5から送信されてきた無変調搬送波の電波を反射する(バックスキャッタ)か否かを「整理番号A」という応答データに応じて制御し、その応答データの内容をRFIDリーダ装置5に返信することができる。
That is, when the
なお、RFIDタグ4では、タグアンテナ部41の端子を開放させたときに反射がおきないように、インピーダンスをマッチングさせるためのコンデンサ50を有している。
Note that the
次に、このようにしてRFIDタグ4から応答信号が返信されてくると、RFIDリーダ装置5では、受信アンテナ7で受信した応答信号を受信部56を介して復調部57に伝達し応答データを復調する。この復調した応答データにより制御部52で「管理番号A」の存在を確認する。RFIDリーダ装置5は、この「管理番号A」の情報を制御部52を介してメモリ部53に記憶する。
Next, when the response signal is returned from the
そして、メモリ部53に記憶した「管理番号A」の情報を中央制御装置2に転送する。中央制御装置2は、「管理番号A」の情報に基づいて記憶部に記憶されているデータベース(図示せず)から製品情報を検索し、物品1に対する加工、組み立てなどを管理、制御する。なお、データベースには、物品1の製造に係る諸情報が管理情報として記憶されている。
Then, the information of “management number A” stored in the
また、RFIDリーダ装置5は、制御部52からRFIDタグ4に「管理番号を応答せよ」と問い合わせが行われたにもかかわらず「管理番号」を記憶したRFIDタグ4が存在しない場合には所定の応答がないので、制御部52はこの「応答なし」からRFIDタグ4が存在しないと判断する。
Further, the
また、RFIDリーダ装置5は、変調、同期を行うためのクロック信号を発生するクロック部58と、各部に電源を供給するための電源部59も備えている。電源部59は、例えば、DC電圧を発生させるバッテリーや商用電源からDC電圧を作成する電源回路などを有する。
The
なお、以上の説明では製造工程におけるRFIDシステム8を例にして説明したが、この他にも、販売店における入出庫管理、レジ精算などの各種の用途に使用することが可能である。
In the above description, the
以上のようにして、RFIDリーダ装置5によりRFIDタグ4のタグ情報を読み取るRFIDシステム8が構成されるが、RFIDリーダ装置5とRFIDタグ4との交信距離を大きくしようとするとRFIDリーダ装置5から高出力の問い合わせ信号を送信しなければならず、送信部55における消費電力が問題となる。すなわち、消費電力が大きいと電源部59の消耗が激しいとともに、送信部55における発熱が多くなり、放熱のための構造を大きくしなければならないという問題が生じる。
As described above, the
そこで、本実施の形態のRFIDリーダ装置5では、RFIDタグ4との通信品質を維持しながら送信部55における消費電力を抑えている。このため、RFIDリーダ装置5は、送信部55内にある問い合わせ信号を増幅する電力増幅部の動作領域を変調期間Dと無変調期間Sとで切り替えることによって消費電力を低減するようにした。すなわち、問い合わせ信号のうち、データ信号で変調された搬送波を増幅するときには、消費電力は大きいが波形歪みを生じ難い直線増幅領域で電力増幅部を動作させ、無変調の搬送波を増幅するときには、波形歪みを生じるが効率が良くて消費電力の小さい非直線増幅領域で電力増幅部を動作させるように切り替えることにより、総合的な消費電力を削減するようにしたことを特徴とする。この電力増幅部の詳細については後述する。
Therefore, in the
このように電力増幅部の動作領域を切り替えて電力低減することができるのは、送信する問い合わせ信号の特性を利用しているためである。すなわち、占有時間の長い無変調期間Sでは、増幅される問い合わせはデータ信号により変調されていない高周波の搬送波だけであるので、電力増幅部で波形歪みを生じても、発生する高調波成分をローパスフィルタあるいはバンドパスフィルタで容易に除去することができる。従って、この無変調期間Sでは電力増幅部の動作を効率の良いAB級あるいはB級に設定することができ、消費電力を低減することができる。 The reason why the power can be reduced by switching the operation region of the power amplifier in this manner is because the characteristics of the inquiry signal to be transmitted are used. That is, in the non-modulation period S with a long occupation time, the inquiry to be amplified is only a high-frequency carrier wave that is not modulated by the data signal. Therefore, even if waveform distortion occurs in the power amplifier, the generated harmonic component is low-passed. It can be easily removed with a filter or a bandpass filter. Therefore, in this non-modulation period S, the operation of the power amplifying unit can be set to efficient class AB or class B, and power consumption can be reduced.
ただし、変調期間Dでは、データ信号で搬送波が変調されるので波形歪みを生じないようにする必要があり、この変調期間Dには電力増幅部を効率は良くないが直線性の良いA級での増幅に切り替える必要がある。 However, since the carrier wave is modulated by the data signal in the modulation period D, it is necessary to prevent waveform distortion. In this modulation period D, the power amplification unit is not efficient but is of class A with good linearity. It is necessary to switch to amplification.
以下、図5〜図11を参照しながら、本実施の形態のRFIDリーダ装置5の要部について詳細に説明する。
Hereinafter, the principal part of the
図5は本発明の実施の形態におけるRFIDリーダ装置5に用いられる送信部55と変調部54のブロック図、図6は同RFIDリーダ装置5に用いられる送信部55中の電力増幅部72の回路図、図7は同RFIDリーダ装置5における電力増幅部72の動作領域の切り替え状態を説明する特性図、図8は同RFIDリーダ装置5における電力増幅部72の動作領域切替のタイミングを説明する波形図である。
5 is a block diagram of the
図9は同RFIDリーダ装置5における電力増幅部72の動作領域の違いによる出力信号の歪み状態を説明するためのものであり、図9(A)出力信号に搬送波成分と変調用のデータ信号の周波数成分とを含む場合の例を示す周波数スペクトラム図、図9(B)は、(A)の出力信号に雑音成分を含む場合の例を示す周波数スペクトラム図である。図10は同RFIDリーダ装置5における電力増幅部72の出力信号の歪み状態を説明するためのものであり、図10(A)は出力信号が単一周波数である場合の例を示す周波数スペクトラム図、図10(B)は出力信号の基本波成分と高調波成分の例を示す特性図である。図11は同RFIDリーダ装置5における高調波の発生を少なくする方法を説明するための波形図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining the distortion state of the output signal due to the difference in the operation region of the
まず、図5において、変調部54では、搬送波発生回路61で953MHz帯の所定のチャンネルの搬送波100を作成する。一方、データ信号発生回路62で制御部52からの指示に基づきRFIDタグ4に伝達すべきデータ信号、例えば「管理番号を返答せよ」というデータ信号101を作成する。変調部54は、このデータ信号を帯域制限フィルタ63で帯域制限した帯域制限信号102を生成し、この帯域制限信号102を増幅率を可変可能な増幅回路66で増幅した後、変調回路64で搬送波をASK変調して、図3に示すような問い合わせ信号103を作成する。
First, in FIG. 5, in the
そして、送信部55は、電力増幅部72により問い合わせ信号を増幅する。送信部55は、電力増幅部72で問い合わせ信号を増幅した後、マッチング回路79またはローパスフィルタ73で問い合わせ信号に含まれる搬送波の高調波成分を除去し、送信アンテナ6からRFIDタグ4に向けて送信する。振幅制御部65およびゲイン制御回路67については後述する。
Then, the
図6はこの電力増幅部72の具体的な回路例を示すもので、増幅素子としてNチャンネルMOS−FET(以下、「トランジスタ」という)Qを用いている。変調部54からの問い合わせ信号を結合コンデンサCaとマッチング回路76(コンデンサCb、CcおよびコイルLa)を介して増幅用のトランジスタQのゲートに加える。なお、NチャンネルMOS−FETに代えて、バイポーラのトランジスタを用いてもよい。
FIG. 6 shows a specific circuit example of the
また、動作領域切替部としてのバイアス制御回路74からの動作領域切替信号202を抵抗Raと高周波分離回路77(コンデンサCgおよび抵抗Rb)を介してトランジスタQのゲートにバイアス電圧として加える。そして、トランジスタQのドレインに高周波分離回路78(コンデンサCh、CiおよびコイルLb)を介してDC電源を供給するとともに、増幅出力をマッチング回路79(コンデンサCd、CeおよびコイルLc)、コンデンサCfを介して出力する。
Further, the operation
なお、バイポーラのトランジスタを用いる場合には、ベース電流を制御するためのバイアス電圧を制御することとなる。また、バイアス電圧の制御に相当するように、ゲートに接続される抵抗値を変化させるようにしてもよい。 Note that when a bipolar transistor is used, the bias voltage for controlling the base current is controlled. Further, the resistance value connected to the gate may be changed so as to correspond to the control of the bias voltage.
バイアス制御回路74は、図5および図7に示すように、動作領域切替信号202により、電力増幅部72の動作領域を変調期間D、無変調期間Sに応じて切り替える。すなわち、バイアス制御回路74は、電力増幅部72の動作領域を変調期間Dでは直線増幅領域s、無変調期間Sでは非直線増幅領域dに設定する。
5 and 7, the
図8に示すように、RFIDリーダ装置5が送信すべき問い合わせ信号201には、データ信号で変調した搬送波を送信する変調期間Dと、無変調の搬送波を送信する無変調期間Sとを有している。このうち、変調期間Dでは、変調部54で作成された信号の波形を忠実に維持して増幅しなければ問い合わせのためのデータ信号を正しくRFIDタグ4に送信することができない。すなわち、この変調期間Dの出力信号の周波数スペクトラムは図9(A)のようなものでなければならない。図9(A)に示す信号は、搬送波成分と、変調用のデータ信号の周波数成分(高調波成分を含む)とを含むものである。
As shown in FIG. 8, the
もし、電力増幅部72の直線性が悪くて波形が歪むと、図9(B)に示すように、雑音成分を多く含む信号となってしまい、問い合わせのためのデータ信号を正しく伝達できなくなる。
If the linearity of the
そこで、本実施の形態のRFIDリーダ装置5は、制御部52からの制御に従って、図8に示すように、変調期間Dに高レベルになり無変調期間Sに低レベルになる動作領域切替信号202をバイアス制御回路74からトランジスタQのゲートにバイアス電圧として加える。これにより、動作領域切替信号202が高レベルの期間はトランジスタQの動作領域を図7中のdで示した直線性の良いA級の増幅領域(直線増幅領域)に設定し、入力の変調波Dinを直線性良く増幅して波形歪みを生じない状態で出力変調波Doutを出力することができる。
Therefore, the
一方、無変調期間Sには、低レベルの動作領域切替信号202をトランジスタQのゲートに印加する。これにより、トランジスタQのゲートバイアスを低電圧にして、その動作領域を図7中のsで示したAB級に設定し、無変調搬送波の入力信号Sinを増幅して出力信号Soutを出力する。このときは非直線増幅領域sで増幅するため、図10(A)に示すように、単一周波数の周波数スペクトラムの入力無変調搬送波Sinを増幅しても、増幅出力信号Soutは、図10(B)に示すように、基本波成分S1以外に高調波成分S2、S3・・・をも含む出力となる。しかし、この高調波成分S2、S3・・・は基本波成分S1に対して周波数が大きく離れたものであるので、ローパスフィルタ73により容易に除去することができ、基本波成分S1の無変調搬送波Soutのみを取り出して送信することができる。
On the other hand, in the non-modulation period S, the low-level operation
そして、図7から理解されるように、非直線増幅領域sは直線増幅領域dに比べてトランジスタQのバイアス電圧を低くすることによってそのドレイン電流を大幅に少なくすることができる。このドレイン電流は、変調波Dinまたは入力信号Sinが0でもバイアス電圧によって常に流れる(アイドル電流)ため、トランジスタQにおける消費電力、すなわち電力増幅部72の消費電力を大幅に低減することができる。例えば、図7に示すように、アイドル電流を0.6(A)から0.11(A)に低減することができる。これにより、全体としての消費電力を低減することができ、発熱も抑制することができるという効果が得られる。
As can be understood from FIG. 7, the drain current of the non-linear amplification region s can be greatly reduced by lowering the bias voltage of the transistor Q compared to the linear amplification region d. Since this drain current always flows by the bias voltage even when the modulation wave Din or the input signal Sin is 0 (idle current), the power consumption in the transistor Q, that is, the power consumption of the
ただし、図7に示されるように、非直線増幅領域sでは直線増幅領域dよりも増幅率が小さくなるので、トランジスタQ、すなわち電力増幅部72の動作領域の切り替えによっても両方の出力信号DoutとSoutの振幅を同一に保つ制御が必要になる。
However, as shown in FIG. 7, since the amplification factor is smaller in the non-linear amplification region s than in the linear amplification region d, both the output signals Dout and the transistor Q, that is, by switching the operation region of the
このため、本実施の形態におけるRFIDリーダ装置5は、変調部54に振幅制御部65を設けている。振幅制御部65は、増幅回路66とゲイン制御回路67とを有している。ゲイン制御回路67は、制御用テーブルを記憶している。ゲイン制御回路67は、入力した動作領域切替信号VBと制御用テーブルとに基づいて増幅回路66の増幅率を制御する。制御用テーブルには、電力増幅部72の動作領域毎の増幅率に基づいて出力信号の振幅を同一にするための補正情報が記録されている。
For this reason, the
これにより、非直線増幅領域sで動作するときの入力無変調波Sinの振幅を直線増幅領域dで動作するときの入力無変調波Dinの振幅よりも大きくするように制御して、トランジスタQ、すなわち電力増幅部72、の動作領域の切り替えによっても両方の出力信号Dout、Soutの振幅を同一に保つように制御することができる。図8にゲイン制御回路67から出力される増幅率を制御するゲイン信号203を示す。増幅回路66はこのゲイン信号の電圧の高さにより増幅率を変更する。なお、ゲイン信号203を高くすると、増幅回路66の増幅率は大きくなる。一方、ゲイン信号203を低くすると、増幅回路66の増幅率は小さくなる。
Accordingly, the amplitude of the input unmodulated wave Sin when operating in the nonlinear amplification region s is controlled to be larger than the amplitude of the input unmodulated wave Din when operating in the linear amplification region d, and the transistors Q, That is, it is possible to control so that the amplitudes of both the output signals Dout and Sout are kept the same even by switching the operation region of the
また、変調期間Dと無変調期間Sとの切り替え時にトランジスタQおよび増幅回路66、すなわち電力増幅部72の増幅率を急激に変化させると不要な波形歪み成分を発生してしまうので、図8に示すように、変調期間Dの前後の動作領域の切り替え時に動作領域切替信号202およびゲイン信号203の電圧を徐々に変化させるようにしている。
In addition, if the amplification factor of the transistor Q and the
同様に、図11に示すように、搬送波100をデータ信号101で変調する場合にも不要な変調歪みを発生しないようにしている。すなわち、搬送波100をデータ信号101により変調するときに、データ信号発生回路62で作成されたデータ信号101を帯域制限フィルタ63に通して広域性分を低減させた信号を生成する。これにより、データ信号101の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジを緩やかにした帯域制限信号102が生成される。この帯域制限信号102により搬送波100をASK変調することにより、立ち上がりおよび立ち下がりの滑らかな問い合わせ信号103(搬送波をデータ信号で変調した信号)を作成することができる。ここで、増幅回路66は帯域制限フィルタ63の出力を増幅するようにしているため、帯域制限信号102の増幅に必要な周波数帯域は低く、例えば数100KHz程度の帯域を有すればよい。このように、増幅回路66は容易に帯域制限信号102を増幅することができる。
Similarly, as shown in FIG. 11, even when the
以上のように、本実施の形態におけるRFIDリーダ装置5によれば、送信部55の電力増幅部72の動作領域d、sを変調期間Dと無変調期間Sとで切り替えるようにしたことにより、その消費電力を低減することができ、発熱を抑制することができる。
As described above, according to the
なお、電力増幅部72の動作領域を切り替える手段は、本実施の形態のものに限定されるものではなく、任意の手段を用いればよい。
The means for switching the operation region of the
また、データ信号の符号化方式として、任意のものを使用することができる。例えば、FM0方式以外にミラーサブキャリア方式などを使用することができる。 Further, any data signal encoding method can be used. For example, a mirror subcarrier system can be used in addition to the FM0 system.
また、本発明は、パッシブ型のRFIDタグを用いたRFIDシステム8だけでなく、アクティブ型のRFIDタグを使用するRFIDシステム8においても応用することができる。
Further, the present invention can be applied not only to the
また、振幅制御部65を変調部54に設け、帯域制限フィルタ63の出力を増幅する増幅回路66の増幅率を変更して制御する場合の例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、変調回路64の出力段に増幅回路を設け、この増幅回路の増幅率を制御してもよい。また、ゲイン制御回路67は、電力増幅部72の出力をモニターしておき、この電力増幅部72の出力の振幅を一定にするように増幅回路を制御するようにしてもよい。
Moreover, although the example in which the
以上のように本発明は、問い合わせ信号の電力を増幅する電力増幅部と、データ信号で搬送波を変調して送信する変調期間と搬送波を無変調で送信する無変調期間とで電力増幅部の動作領域を切り替える動作領域切替部とを備え、動作領域切替部は、変調期間では電力増幅部の直線増幅領域に動作領域を設定し、無変調期間では電力増幅部の非直線増幅領域に動作領域を設定する。 As described above, according to the present invention, the power amplifying unit that amplifies the power of the inquiry signal, the operation of the power amplifying unit with the modulation period in which the carrier wave is modulated and transmitted with the data signal and the non-modulation period in which the carrier wave is transmitted without modulation. An operation region switching unit that switches regions, the operation region switching unit sets the operation region in the linear amplification region of the power amplification unit during the modulation period, and sets the operation region in the nonlinear amplification region of the power amplification unit during the non-modulation period. Set.
このため、変調期間では問い合わせ信号を直線性の良いA級の増幅領域で増幅して信号の品質を維持しつつ、無変調期間では問い合わせ信号をAB級の増幅領域で増幅して電力増幅部の効率を向上させることができるので、RFIDタグとの通信品質を維持しながら消費電力を抑え、発熱も抑えることを可能とするRFIDリーダ装置として有用なものである。 For this reason, in the modulation period, the inquiry signal is amplified in the class A amplification region having good linearity to maintain the signal quality, and in the non-modulation period, the inquiry signal is amplified in the class AB amplification region to Since the efficiency can be improved, it is useful as an RFID reader device that can reduce power consumption and heat generation while maintaining communication quality with the RFID tag.
1 物品
2 中央制御装置
3 通信回線
4 RFIDタグ
5 RFIDリーダ装置
6 送信アンテナ
7 受信アンテナ
8 RFIDシステム
41 タグアンテナ部
42 タグICチップ
43 ダイオード
44,50,Ca〜Cg コンデンサ
45,52 制御部
46,57 復調部
47,54 変調部
48,53 メモリ部
49 スイッチ
51 インターフェース
55 送信部
56 受信部
58 クロック部
59 電源部
61 搬送波発生回路
62 データ信号発生回路
63 帯域制限フィルタ(第1のフィルタ)
64 変調回路
65 振幅制御部
66 増幅回路
67 ゲイン制御回路
72 電力増幅部
73 ローパスフィルタ(第2のフィルタ)
74 バイアス制御回路
76 マッチング回路
79 マッチング回路(第2のフィルタ)
77,78 高周波分離回路
La〜Lc コイル
Q NチャンネルMOS−FET(トランジスタ)
DESCRIPTION OF
64
74
77, 78 High frequency separation circuit La to Lc Coil Q N channel MOS-FET (transistor)
Claims (6)
前記問い合わせ信号の電力を増幅する電力増幅部と、
前記データ信号で前記搬送波を変調して送信する変調期間と前記搬送波を無変調で送信する無変調期間とで前記電力増幅部の動作領域を切り替える動作領域切替部とを備え、
前記動作領域切替部は、前記変調期間では前記電力増幅部の直線増幅領域に前記動作領域を設定し、前記無変調期間では前記電力増幅部の非直線増幅領域に前記動作領域を設定することを特徴とするRFIDリーダ装置。 An RFID reader device that transmits an inquiry signal including a data signal and a carrier wave to an RFID tag and receives a response signal from the RFID tag,
A power amplifying unit for amplifying the power of the inquiry signal;
An operation region switching unit that switches an operation region of the power amplification unit between a modulation period for modulating and transmitting the carrier wave with the data signal and a non-modulation period for transmitting the carrier wave without modulation;
The operation region switching unit sets the operation region in the linear amplification region of the power amplification unit in the modulation period, and sets the operation region in the non-linear amplification region of the power amplification unit in the non-modulation period. A featured RFID reader device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008177737A JP2010020381A (en) | 2008-07-08 | 2008-07-08 | Rfid reader device |
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| JP2010020381A true JP2010020381A (en) | 2010-01-28 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024235103A1 (en) * | 2023-05-16 | 2024-11-21 | 维沃移动通信有限公司 | Backscatter transmission method, response device, and reader |
-
2008
- 2008-07-08 JP JP2008177737A patent/JP2010020381A/en not_active Withdrawn
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