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WO2012032974A1 - Rfidモジュールおよびrfidデバイス - Google Patents

Rfidモジュールおよびrfidデバイス Download PDF

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WO2012032974A1
WO2012032974A1 PCT/JP2011/069689 JP2011069689W WO2012032974A1 WO 2012032974 A1 WO2012032974 A1 WO 2012032974A1 JP 2011069689 W JP2011069689 W JP 2011069689W WO 2012032974 A1 WO2012032974 A1 WO 2012032974A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
inductance
inductance element
rfid
rfid module
filter circuit
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2011/069689
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English (en)
French (fr)
Inventor
椿信人
谷口勝己
加藤登
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2011552116A priority Critical patent/JP5062372B2/ja
Priority to CN2011800164415A priority patent/CN102823146A/zh
Priority to GB1214216.2A priority patent/GB2496713A/en
Publication of WO2012032974A1 publication Critical patent/WO2012032974A1/ja
Priority to US13/603,627 priority patent/US20120325916A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06KGRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/0723Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips the record carrier comprising an arrangement for non-contact communication, e.g. wireless communication circuits on transponder cards, non-contact smart cards or RFIDs
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01Frequency selective two-port networks
    • H03H7/09Filters comprising mutual inductance
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/42Networks for transforming balanced signals into unbalanced signals and vice versa, e.g. baluns
    • H03H7/425Balance-balance networks
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/02Transmitters
    • H04B1/04Circuits
    • H04B1/0475Circuits with means for limiting noise, interference or distortion
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B5/00Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/77Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for interrogation
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H1/00Constructional details of impedance networks whose electrical mode of operation is not specified or applicable to more than one type of network
    • H03H2001/0021Constructional details
    • H03H2001/0085Multilayer, e.g. LTCC, HTCC, green sheets
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38Impedance-matching networks

Definitions

  • the present invention relates to an RFID module used in, for example, an RFID (Radio Frequency Identification) system and an RFID device provided therein.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • an RFID system in which an RFID tag and a reader / writer communicate with each other in a non-contact manner and information is transmitted between the RFID tag and the reader / writer is known.
  • the RFID tag includes an RFIC element in which ID information is written and an antenna for transmitting and receiving an RF signal.
  • a filter for removing harmonic components generated in the RFIC element may be provided between the RFIC element and the antenna.
  • a matching circuit configured by a capacitor or a coil between the RFIC element and the antenna. Is inserted.
  • FIG. 1 the configuration of the IC module disclosed in Patent Document 1 is shown in FIG.
  • a reader / writer transmission circuit By connecting an antenna to each input / output terminal of these circuit modules, the reader / writer is configured to perform non-contact communication with an external card IC.
  • a filter is inserted between the reader / writer transmission circuit and the reader / writer transmission / reception antenna.
  • JP 2004-145449 A JP 2001-188890 A JP 2009-027291 A
  • the filter for removing harmonic components generated in the above-mentioned RFIC element is composed of a low-pass filter composed of a capacitor and an inductor, but an inductor having a relatively large inductance value is required. As a result, the size of RFID tags has increased.
  • an object of the present invention is to provide an RFID module and an RFID device that are provided with a filter circuit for removing harmonic components of an RFIC element but are not enlarged as a whole.
  • An RFID module of the present invention includes an RFIC element having a first input / output terminal and a second input / output terminal, a first inductance element connected to the first input / output terminal, and the second input / output terminal A filter circuit for removing harmonic components of the RFIC element, and a radiating element connected to the filter circuit, and the first inductance The element and the second inductance element are magnetically coupled to each other.
  • the coupling coefficient between the first inductance element and the second inductance element is preferably 0.7 or more from the viewpoint of miniaturization.
  • An inductance element and a capacitance element, or a matching circuit including an inductance element or a capacitance element may be provided between the filter circuit and the radiation element.
  • the first inductance element is configured by a first multilayer coil element in which a plurality of loop-shaped conductors are stacked
  • the second inductance element is a second multilayer in which a plurality of loop-shaped conductors are stacked.
  • the winding axis of the loop-shaped conductor of the first multilayer coil element and the winding axis of the loop-shaped conductor of the second multilayer coil element overlap each other on substantially the same straight line. Is desirable. With this structure, the amount of magnetic flux passing through the inside of each loop conductor is maximized, so that the coupling coefficient can be further increased and the filter inductor can be further downsized.
  • the coupling coefficient can be further increased.
  • the inductor of the filter can be further downsized.
  • the first inductance element and the second inductance element are built in a multilayer substrate formed by laminating a plurality of magnetic layers. With this structure, the coupling coefficient can be further increased, and the filter inductor can be further downsized.
  • the inductance element or the capacitance element of the matching circuit is mounted, for example, on the surface of the multilayer substrate. With this structure, the matching circuit can be provided on the whole with almost no increase in size.
  • a booster element that is coupled to the radiating element via an electromagnetic field to receive or transmit a radio signal.
  • the radiating element is composed of a coiled conductor, and the coiled conductor and the booster element are electromagnetically coupled to each other.
  • the radiating element is preferably built in the multilayer substrate. With this structure, it is possible to provide a radiating element with almost no overall increase in size.
  • the RFID device of the present invention is provided between the RFIC element having the first input / output terminal and the second input / output terminal and the radiating element, and the configuration of the filter portion is as described above.
  • (11) it is preferable to include an inductance element and a capacitance element, or a matching circuit including an inductance element or a capacitance element, connected to the radiation element side of the filter circuit.
  • the inductor of the filter circuit for removing the harmonic component of the RFIC element can be reduced in size, and a small RFID module and RFID device can be configured.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an IC module disclosed in Patent Document 1.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of the RFID module 101 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a view showing a state in which the filter circuit 20 shown in FIG. 2 is built in a multilayer substrate formed by laminating a plurality of magnetic layers
  • FIG. 3A is a perspective view seen through the internal conductor layer.
  • FIG. 3 and FIG. 3 (B) are perspective views in which it is enlarged and displayed in the thickness direction.
  • FIG. 4 is a plan view of each conductor layer of the multilayer substrate.
  • FIG. 5 is a diagram showing a connection relationship of via conductors connecting the conductor layers of the multilayer substrate.
  • FIG. 6A is a perspective view schematically showing the arrangement relationship between the first inductance element L1 and the second inductance element L2 shown in FIG. 3, and FIG. 6B is a diagram of a comparative example thereof.
  • 7A is a plan view of the RFID device 50 shown in FIG. 2, and FIG. 7B is a bottom view thereof.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of the RFID module 101 using the RFID device 50.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the resonance frequency on the RFID tag side and the communication limit distance.
  • 10A and 10B are diagrams showing the configuration of the filter circuit portion of the RFID device according to the second embodiment.
  • FIG. 10A is a perspective view of the internal conductor layer seen through, and FIG. It is the perspective view expanded and displayed.
  • FIG. 10A is a perspective view of the internal conductor layer seen through, and FIG. It is the perspective view expanded and displayed.
  • FIG. 10A is a perspective view of the internal conductor layer seen through, and FIG. It is the perspective view
  • FIG. 11 is a perspective view schematically showing the arrangement relationship between the first inductance element L1 and the second inductance element L2 shown in FIG.
  • FIG. 12 is a circuit diagram of the RFID module 103 according to the third embodiment.
  • 13A is a plan view of the RFID device 50 shown in FIG. 12, and
  • FIG. 13B is a cross-sectional view thereof.
  • FIG. 14 is a configuration diagram of the RFID module 103 using the RFID device 50.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a current flowing through the coil conductor of the coupling radiating element 40C and a current flowing through the booster electrode 62 of the booster element 60.
  • FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the resonance frequency on the RFID tag side and the communication limit distance.
  • FIG. 17 is an exploded perspective view of the RFID module 104 according to the fourth embodiment.
  • 18A and 18B are diagrams showing two configurations of the RFID device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of the RFID module 101 according to the first embodiment.
  • the RFID module 101 includes an RFIC element 10, a filter circuit 20, a matching circuit 30, and a radiating element 40.
  • the filter circuit 20 and the matching circuit 30 constitute an RFID device 50.
  • the RFID circuit 50 is configured by the filter circuit 20 and the matching circuit 30, but the RFID device 50 may be configured by only the filter circuit 20.
  • the RFIC element 10 is composed of a semiconductor integrated circuit, and includes a first transmission terminal Tx1, a second transmission terminal Tx2, and a reception terminal Rx.
  • the transmission signal is balanced and output at the first transmission terminal Tx1 and the second transmission terminal Tx2.
  • the reception signal is input unbalanced at the reception terminal Rx.
  • the first transmission terminal Tx1 and the second transmission terminal Tx2 correspond to a “first input / output terminal” and a “second input / output terminal” recited in the claims.
  • the filter circuit 20 includes a first inductance element L1, a second inductance element L2, and a capacitor C1.
  • the first end of the first inductance element L1 is connected to the first transmission terminal Tx1 of the RFIC element 10
  • the first end of the second inductance element L2 is connected to the second transmission terminal Tx2 of the RFIC element 10
  • the first inductance element The second ends of L1 and the second inductance element L2 are connected to both ends of the capacitor C1.
  • the filter circuit 20 removes harmonic components contained in the transmission signal of the RFIC element 10.
  • the matching circuit 30 includes capacitors C2, C3, and C4.
  • the first end of the capacitor C2 is connected to the first output end of the filter circuit 20
  • the first end of the capacitor C3 is connected to the second output end of the filter circuit 20
  • the second ends of the capacitors C2 and C3 are connected to the capacitor C4. Connected to both ends.
  • the radiating element 40 is, for example, a loop coil antenna.
  • the first inductance element L1 and the second inductance element L2 have the same inductance.
  • the first inductance element L1 and the second inductance element L2 are magnetically coupled to each other so as to strengthen the magnetic flux.
  • the inductance of the first inductance element L1 in the uncoupled state is L10
  • the inductance of the second inductance element L2 in the uncoupled state is L20
  • the mutual inductance of both is M
  • the coupling coefficient is k
  • the coupling When the inductance of the first inductance element L1 in the connected state is denoted by L1
  • the inductance of the second inductance element L2 in the coupled state is denoted by L2, the inductance is connected between Tx1 and Tx2 and the capacitor C1.
  • the inductances L10 and L20 necessary for setting the value to 800 nH are 432 nH. That is, the size can be reduced by about 0.54 times.
  • the length of the loop conductor required to obtain the required inductance can be shortened, and the DC resistance can be reduced accordingly.
  • the matching circuit 30 impedance-matches the filter circuit 20 and the radiating element 40 with the three capacitors C2, C3, and C4.
  • the reception terminal Rx of the RFIC element 10 and one end of the capacitor C1 are connected, and a reception signal is input to the reception terminal Rx.
  • the RFIC element 10 outputs a balanced 13.56 MHz rectangular wave signal from the transmission terminals Tx1 and Tx2.
  • the radiating element 40 is driven via the filter circuit 20 and the matching circuit 30, and a 13.56 MHz magnetic field is radiated from the radiating element 40.
  • the RFID tag receives the magnetic field signal and receives power, and changes the impedance of the wireless IC in the RFID tag based on its own ID, and the RFID tag side
  • the impedance of the antenna resonance circuit is changed (ASK modulation).
  • ASK modulation The impedance of the antenna resonance circuit is changed (ASK modulation).
  • the RFID tag responds with an ID by reflection of energy.
  • the RFIC element 10 receives the ASK-modulated response signal and decodes the ID.
  • the 13.56 MHz drive voltage (current) is ASK modulated.
  • the RFID tag receives data and commands from the RFIC element 10 by decoding the received carrier intensity change.
  • FIG. 3 is a diagram showing a state in which the filter circuit 20 shown in FIG. 2 is built in a multilayer substrate formed by laminating a plurality of magnetic layers.
  • 3A is a perspective view of the internal conductor layer seen through
  • FIG. 3B is a perspective view of the enlarged view in the thickness direction.
  • 4 is a plan view of each conductor layer of the multilayer substrate
  • FIG. 5 is a diagram showing a connection relationship of via conductors connecting the conductor layers.
  • the (a) layer is the lowermost layer, and the (k) layer is the uppermost layer.
  • the via conductor is represented by a thin straight line.
  • the first inductance element L1 is a first laminated coil element in which a plurality of loop-shaped conductors are laminated and helically wound inside the multilayer substrate MB.
  • the second inductance element L ⁇ b> 2 is configured by a second laminated coil element that is configured, and in which a plurality of loop-shaped conductors are laminated and helically wound.
  • Terminal electrodes P21A, P21B, P22A, and P22B are formed on the upper surface of the multilayer substrate MB.
  • Terminal electrodes P11 and P12 are formed on the lower surface of the multilayer substrate MB.
  • These terminal electrodes correspond to the portions indicated by the same reference numerals in the circuit shown in FIG.
  • a chip capacitor corresponding to the capacitor C1 is mounted on the terminal electrodes P21B and P22B. Further, the chip capacitors corresponding to the capacitors C2 and C3 are mounted so that one end thereof is connected to the terminal electrodes P21A and P22A, respectively.
  • the RFIC element 10 is connected to the terminal electrodes P11 and P12.
  • FIG. 6A is a perspective view showing a simplified arrangement relationship between the first inductance element L1 and the second inductance element L2 shown in FIG.
  • FIG. 6B is a diagram of the comparative example.
  • the first inductance element L1 is composed of a first laminated coil element in which a plurality of loop-shaped conductors are laminated
  • the second inductance element L2 is a second one in which a plurality of loop-shaped conductors are laminated.
  • the winding axis of the loop conductor of the first multilayer coil element and the winding axis of the loop conductor of the second multilayer coil element overlap each other on substantially the same straight line. That is, it is in a coaxial relationship.
  • the opening surface of the first multilayer coil element and the opening surface of the second multilayer coil element overlap.
  • the loop conductor of the first multilayer coil element and the loop conductor of the second multilayer coil element are alternately laminated. ing. With such a loop-shaped conductor arrangement, the coupling coefficient k between the first inductance element L1 and the second inductance element L2 is about 0.85.
  • the first laminated coil element constituting the first inductance element L1 and the second laminated coil element constituting the second inductance element L2 are juxtaposed side by side. Then, the coupling coefficient k between the first inductance element L1 and the second inductance element L2 is substantially zero.
  • FIG. 7A is a plan view of the RFID device 50 shown in FIG. 2, and FIG. 7B is a bottom view thereof.
  • chip capacitors C1, C2, C3, C41, C42, and ESD protection elements E1, E2 are mounted on the upper surface of the multilayer substrate MB, respectively.
  • capacitors C1, C2, and C3 correspond to elements indicated by the same reference numerals in FIG.
  • the capacitors C41 and C42 are connected in parallel and correspond to the capacitor C4 in FIG.
  • the ESD protection elements E1 and E2 are disposed between the radiating element 40 shown in FIG. 2 and the ground.
  • connection terminals (2) and (3) of the transmission terminals Tx1 and Tx2 As shown in FIG. 7B, on the lower surface of the multilayer substrate MB, the connection terminals (2) and (3) of the transmission terminals Tx1 and Tx2, the connection terminal (4) of the reception terminal Rx, and the connection of the radiation element 40 Terminals (6) and (7), ground terminals (5) and (8), and an NC terminal (1) are formed.
  • the size required to obtain the required inductance can be reduced, and the multilayer The size of the substrate MB can be reduced, and the size of the RFID device 50 can be reduced.
  • the first and second inductance elements are reduced in size by strongly coupling the elements, and the first and second inductance elements are built in the multilayer substrate so that the respective winding axes are substantially collinear.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of the RFID module 101 using the RFID device 50. Since the RFID device 50 is reduced in size, it can be disposed close to the RFIC element 10 and the RFID module 101 can be reduced in size.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the resonance frequency on the RFID tag side and the communication limit distance.
  • the correspondence relationship between the characteristic curves A, B, and C and the values of the elements of the filter circuit 20 and the matching circuit 30 is as follows.
  • the RFID device having the characteristic curve A can communicate in a frequency band of 13 MHz to 16.4 MHz (frequency band 3.4 MHz).
  • the RFID device having the characteristic curve B can communicate in a frequency band of 12.7 MHz to 16.9 MHz (frequency band 4.2 MHz).
  • the RFID device of the characteristic curve C which is a comparative example, can communicate in the frequency band of 13.6 MHz to 16 MHz (frequency band 2.4 MHz).
  • the RFID device having the characteristic curve A has a relatively narrow bandwidth but a large communication limit distance, so that it can be used as an RFID device giving priority to the communication distance.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a filter circuit unit of the RFID device according to the second embodiment.
  • FIG. 10A is a perspective view of the internal conductor layer seen through
  • FIG. 10B is a perspective view of the enlarged display in the thickness direction.
  • the first inductance element L1 is composed of a first multilayer coil element in which a plurality of loop-shaped conductors are stacked and helically wound inside the multilayer substrate MB.
  • the second inductance element L2 is composed of a second laminated coil element in which a plurality of loop conductors are laminated and helically wound.
  • Terminal electrodes P21A, P21B, P22A, and P22B are formed on the upper surface of the multilayer substrate MB.
  • Terminal electrodes P11 and P12 are formed on the lower surface of the multilayer substrate MB. These terminal electrodes correspond to the portions indicated by the same reference numerals in the circuit shown in FIG.
  • FIG. 11 is a perspective view schematically showing the arrangement relationship between the first inductance element L1 and the second inductance element L2 shown in FIG.
  • the first inductance element L1 is composed of a first laminated coil element in which a plurality of loop-shaped conductors are laminated
  • the second inductance element L2 is a second laminated coil element in which a plurality of loop-shaped conductors are laminated.
  • the winding axis of the loop-shaped conductor of the first multilayer coil element and the winding axis of the loop-shaped conductor of the second multilayer coil element are overlapped on substantially the same straight line.
  • the first laminated coil element and the second laminated coil element are laminated in a state of being wound individually.
  • the two laminated coil elements may be laminated so as to be wound individually.
  • the coupling coefficient k between the first inductance element L1 and the second inductance element L2 is about 0.7.
  • FIG. 12 is a circuit diagram of the RFID module 103 according to the third embodiment.
  • the RFID module 103 includes an RFID device 50 and a booster element 60.
  • the RFIC element 10 is connected to the RFID device 50.
  • the RFID device 50 includes a filter circuit 20, a matching circuit 30, and a coupling radiation element 40C.
  • the filter circuit 20, the matching circuit 30, and the coupling radiating element 40C constitute the RFID device 50.
  • the filter circuit 20 and the coupling radiating element 40C constitute the RFID device 50. Also good.
  • the RFIC element 10 is composed of a semiconductor integrated circuit, and includes a first transmission terminal Tx1, a second transmission terminal Tx2, and a reception terminal Rx.
  • the transmission signal is balanced and output at the first transmission terminal Tx1 and the second transmission terminal Tx2.
  • the reception signal is input unbalanced at the reception terminal Rx.
  • the first transmission terminal Tx1 and the second transmission terminal Tx2 correspond to a “first input / output terminal” and a “second input / output terminal” recited in the claims.
  • the filter circuit 20 includes a first inductance element L1, a second inductance element L2, and a capacitor C1.
  • the first end of the first inductance element L1 is connected to the first transmission terminal Tx1 of the RFIC element 10
  • the first end of the second inductance element L2 is connected to the second transmission terminal Tx2 of the RFIC element 10
  • the first inductance element The second ends of L1 and the second inductance element L2 are connected to both ends of the capacitor C1.
  • the filter circuit 20 removes harmonic components contained in the transmission signal of the RFIC element 10.
  • the matching circuit 30 includes capacitors C2, C3, and C4.
  • the first end of the capacitor C2 is connected to the first output end of the filter circuit 20
  • the first end of the capacitor C3 is connected to the second output end of the filter circuit 20
  • the second ends of the capacitors C2 and C3 are connected to the capacitor C4. Connected to both ends.
  • the coupling radiating element 40C is, for example, a loop coil conductor.
  • the first inductance element L1 and the second inductance element L2 have the same inductance.
  • the first inductance element L1 and the second inductance element L2 are magnetically coupled to each other so as to strengthen the magnetic flux.
  • the coupling radiating element 40C is magnetically coupled to the booster element 60.
  • the booster element 60 is combined with the coupling radiating element 40C and acts as a radiating element for the outside.
  • This third embodiment is the same as the configuration of the RFID module 101 of the first embodiment except that the coupling radiating element 40C and the booster element 60 are provided.
  • FIG. 13A is a plan view of the RFID device 50 shown in FIG. 12, and FIG. 13B is a sectional view thereof. However, the cross-sectional view of FIG. 13B shows the enlarged thickness direction.
  • chip capacitors C1, C2, C3, C41, C42, and ESD protection elements E1, E2 are mounted on the upper surface of the multilayer substrate MB, respectively.
  • the capacitors C1, C2, and C3 correspond to elements indicated by the same reference numerals in FIG.
  • the capacitors C41 and C42 are connected in parallel and correspond to the capacitor C4 in FIG.
  • the ESD protection elements E1 and E2 are disposed between the coupling radiation element 40C shown in FIG. 12 and the ground.
  • the coupling radiating element 40C is laminated on the filter circuit 20 and the matching circuit 30.
  • FIG. 14 is an exploded perspective view of the RFID module 103 using the RFID device 50.
  • the RFID module 103 is configured by mounting the RFID device 50 on the booster element 60.
  • the booster element 60 includes an insulating base 61 and a booster electrode 62 formed on the upper surface thereof.
  • the booster electrode 62 is a “C” -shaped conductor film, and is disposed opposite to the coupling radiating element in the RFID device 50.
  • the booster element 60 includes, in plan view, a conductor region that overlaps with the coupling radiating element, a conductor opening (non-conductor region) CA that overlaps with the coil opening of the coupling radiating element, and an outer edge of the conductor region and the conductor opening CA. And a slit portion SL connected to each other.
  • a two-dot chain line in FIG. 14 indicates a region where the RFID device 50 is mounted.
  • FIG. 15 is a diagram showing a current flowing through the coil conductor of the coupling radiating element 40C and a current flowing through the booster electrode 62 of the booster element 60, respectively. However, these currents are currents in a state where the coupling radiating element is stacked on the booster element 60.
  • the coil conductor of the coupling radiating element 40C and the booster electrode 62 mainly couple the magnetic field electromagnetically.
  • the current EC3 and the currents EC21 to EC25 contribute to radiation. That is, the coupling radiating element 40C and the booster element 60 act as an antenna.
  • FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the resonance frequency on the RFID tag side and the communication limit distance.
  • the correspondence relationship between the characteristic curves A, B, and C and the values of the elements of the filter circuit 20 and the matching circuit 30 is as follows.
  • the RFID device having the characteristic curve A can communicate in a frequency band of 13 MHz to 16.4 MHz (frequency band 3.4 MHz).
  • the RFID device having the characteristic curve B can communicate in a frequency band of 12.7 MHz to 16.9 MHz (frequency band 4.2 MHz).
  • the RFID device of the characteristic curve C which is a comparative example, can communicate in the frequency band of 13.6 MHz to 16 MHz (frequency band 2.4 MHz).
  • the RFID device having the characteristic curve A has a relatively narrow bandwidth but a large communication limit distance, so that it can be used as an RFID device giving priority to the communication distance.
  • FIG. 17 is an exploded perspective view of the RFID module 104 according to the fourth embodiment.
  • the RFID module 104 includes a booster element 70 and an RFID device 50.
  • the booster element 70 includes an insulating base 71, a booster coil pattern 72 formed on the upper surface thereof, and a booster coil pattern 73 formed on the lower surface.
  • the booster coil patterns 72 and 73 are also illustrated in a state separated from the insulating base 71.
  • the RFID device 50 is the same as that shown in the third embodiment.
  • the RFID device 50 is mounted on the insulating base 71 so that the coil of the coupling radiating element incorporated in the RFID device 50 and the booster coil patterns 72 and 73 are magnetically coupled.
  • you may comprise a booster element with a conductor coil pattern.
  • FIGS. 18A and 18B are diagrams showing two configurations of the RFID device according to the fifth embodiment.
  • the coupling radiating element 40C is arranged in a positional relationship overlapping the filter circuit 20 and the matching circuit 30 in the multilayer substrate in plan view.
  • the coupling radiating element 40C is arranged on the side of the filter circuit 20 and the matching circuit 30.
  • the loop surface of the coupling radiating element 40C is arranged in parallel to the plane of the multilayer substrate.
  • the coil axis direction of the coupling radiating element 40C is arranged in parallel to the plane of the multilayer substrate.
  • the coupling radiating element 40C may be formed on the side of the filter circuit 20 and the matching circuit 30.
  • each of the embodiments described above an example in which the plurality of loop conductors are quadrangular or elliptical (oval) in plan view is shown, but the plurality of loop conductors are circular or octagonal in plan view. Or other polygonal shape may be sufficient.
  • Each layer of the multilayer substrate may be a non-magnetic dielectric layer as necessary.
  • the booster element 60 is used as an antenna
  • the booster element 70 is used as an antenna. It is also possible to provide this radiating conductor together with the booster element as an antenna.
  • the matching circuit may be constituted by not only the capacitance element but also only the inductance element or the capacitance element and the inductance element as necessary.

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Abstract

 RFIDモジュール(101)は、RFIC素子(10)、フィルタ回路(20)、整合回路(30)、および放射素子(40)を備えている。このうちフィルタ回路(20)と整合回路(30)とでRFIDデバイス(50)が構成されている。フィルタ回路(20)は第1インダクタンス素子(L1)、第2インダクタンス素子(L2)およびコンデンサ(C1)とで構成されている。第1インダクタンス素子(L1)と第2インダクタンス素子(L2)とはそれぞれのインダクタンスが等しく、両者は磁束を強め合うように互いに磁気的に強く結合している。この構成により、RFIC素子の高調波成分を除去するためのフィルタ回路を備えながらも全体に大型化しないようにしたRFIDモジュールおよびRFIDデバイスを構成する。

Description

RFIDモジュールおよびRFIDデバイス
 本発明は、例えばRFID(Radio Frequency Identification)システムに用いられるRFIDモジュールおよびそれに備えられるRFIDデバイスに関する。
 物品の管理システムとして、RFIDタグとリーダライタとが非接触方式で通信し、RFIDタグとリーダライタとの間で情報を伝達するRFIDシステムが知られている。RFIDタグは、ID情報が書き込まれたRFIC素子とRF信号を送受するためのアンテナとで構成されている。
 このようなRFIDタグにおいては、例えば特許文献1に開示されているように、RFIC素子とアンテナの間に、RFIC素子にて生じた高調波成分を除去するためのフィルタが設けられることがある。また、RFIC素子とアンテナとの間のインピーダンス整合を図るために、例えば特許文献2や特許文献3に開示されているように、RFIC素子とアンテナとの間にコンデンサやコイルによって構成された整合回路が挿入される。
 ここで、特許文献1に開示されているICモジュールの構成を図1に示す。このICモジュール内には、リーダ/ライタ送信回路と、リーダ/ライタ受信回路と、カードIC回路が配設されている。そして、これらの回路モジュールの各入出力端子にアンテナを接続することにより、リーダ/ライタは外部のカードICとの間で非接触通信を行なうように構成されている。そして、リーダ/ライタ送信回路とリーダ/ライタ送受信用アンテナとの間にフィルタが挿入されている。
特開2004-145449号公報 特開2001-188890号公報 特開2009-027291号公報
 前述のRFIC素子にて生じた高調波成分を除去するためのフィルタは、コンデンサとインダクタとで組まれたローパスフィルタによって構成されるが、比較的大きなインダクタンス値のインダクタが必要であるため、インダクタ部分が大型化し、RFIDタグの大型化を招いていた。
 そこで、この発明の目的は、RFIC素子の高調波成分を除去するためのフィルタ回路を備えながらも全体に大型化しないようにしたRFIDモジュールおよびRFIDデバイスを提供することにある。
(1)本発明のRFIDモジュールは、第1入出力端子および第2入出力端子を有するRFIC素子と、前記第1入出力端子に接続された第1インダクタンス素子、および、前記第2入出力端子に接続されたた第2インダクタンス素子を含んで構成され、前記RFIC素子の高調波成分を除去するためのフィルタ回路と、前記フィルタ回路に接続された放射素子と、を有し、前記第1インダクタンス素子と前記第2インダクタンス素子とは、互いに磁気結合していることを特徴としている。
(2)前記第1インダクタンス素子と前記第2インダクタンス素子との結合係数は小型化の観点から0.7以上であることが望ましい。
(3)前記フィルタ回路と前記放射素子との間には、インダクタンス素子およびキャパシタンス素子、またはインダクタンス素子もしくはキャパシタンス素子を含んで構成される整合回路を備えてもよい。
(4)前記第1インダクタンス素子は、複数のループ状導体が積層された第1の積層型コイル素子で構成され、前記第2インダクタンス素子は、複数のループ状導体が積層された第2の積層型コイル素子で構成され、前記第1の積層型コイル素子のループ状導体の巻回軸および前記第2の積層型コイル素子のループ状導体の巻回軸はほぼ同一直線上に重なっていることが望ましい。この構造により、各ループ状導体の内側を通る磁束の量が最大となるため、結合係数をより高めることができ、フィルタのインダクタをより小型化できる。
(5)前記第1の積層型コイル素子の前記ループ状導体と前記第2の積層型コイル素子の前記ループ状導体とは交互に積層される構造にすれば、結合係数をより高めることができ、フィルタのインダクタをより小型化できる。
(6)前記第1インダクタンス素子および前記第2インダクタンス素子は、複数の磁性体層を積層してなる多層基板に内蔵されていることが望ましい。この構造により、結合係数をより高めることができ、フィルタのインダクタをより小型化できる。
(7)前記整合回路の前記インダクタンス素子または前記キャパシタンス素子は、例えば前記多層基板の表面に搭載される。この構造により、全体に殆ど大型化することなく整合回路を設けることができる。
(8)必要に応じて、前記放射素子に電磁界を介して結合されて無線信号の受信または送信を行うブースター素子をさらに備えることが好ましい。
(9)(8)において、前記放射素子はコイル状導体で構成され、このコイル状導体と前記ブースター素子とは互いに電磁界結合していることが好ましい。
(10)(8)または(9)において、前記放射素子は前記多層基板に内蔵されていることが好ましい。この構造により、全体に殆ど大型化することなく放射素子を設けることができる。
(11)本発明のRFIDデバイスは、第1入出力端子および第2入出力端子を有するRFIC素子と、放射素子との間に設けられ、フィルタ部分の構成を前述のとおりとする。
(12)(11)において、前記フィルタ回路の前記放射素子側に接続され、インダクタンス素子およびキャパシタンス素子、またはインダクタンス素子もしくはキャパシタンス素子を含んで構成される整合回路を備えていることが好ましい。
 本発明によれば、RFIC素子の高調波成分を除去するためのフィルタ回路のインダクタを小型化でき、小型のRFIDモジュールおよびRFIDデバイスが構成できる。
図1は特許文献1に開示されているICモジュールの構成を示す図である。 図2は第1の実施形態に係るRFIDモジュール101の回路図である。 図3は、図2に示したフィルタ回路20が、複数の磁性体層を積層してなる多層基板に内蔵された状態を示す図であり、図3(A)は内部導体層を透視した斜視図、図3(B)はそれを厚み方向に拡大表示した斜視図である。 図4は多層基板の各導体層の平面図である。 図5は多層基板の各導体層間を繋ぐビア導体の接続関係を示す図である。 図6(A)は図3に示した第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2との配置関係を簡略化して表した斜視図、図6(B)はその比較例の図である。 図7(A)は、図2に示したRFIDデバイス50の平面図、図7(B)はその下面図である。 図8は、RFIDデバイス50を用いたRFIDモジュール101の構成図である。 図9はRFIDタグ側の共振周波数と通信限界距離との関係を示す図である。 図10は第2の実施形態に係るRFIDデバイスのフィルタ回路部の構成を示す図であり、図10(A)は内部導体層を透視した斜視図、図10(B)はそれを厚み方向に拡大表示した斜視図である。 図11は、図10に示した第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2との配置関係を簡略化して表した斜視図である。 図12は第3の実施形態に係るRFIDモジュール103の回路図である。 図13(A)は、図12に示したRFIDデバイス50の平面図、図13(B)はその断面図である。 図14は、RFIDデバイス50を用いたRFIDモジュール103の構成図である。 図15は、結合用放射素子40Cのコイル導体に流れる電流およびブースター素子60のブースター電極62に流れる電流をそれぞれ示す図である。 図16はRFIDタグ側の共振周波数と通信限界距離との関係を示す図である。 図17は第4の実施形態に係るRFIDモジュール104の分解斜視図である。 図18(A)、図18(B)は第5の実施形態に係るRFIDデバイスの二つの構成を示す図である。
 《第1の実施形態》
 図2は第1の実施形態に係るRFIDモジュール101の回路図である。このRFIDモジュール101は、RFIC素子10、フィルタ回路20、整合回路30、および放射素子40を備えている。また、フィルタ回路20と整合回路30とでRFIDデバイス50を構成している。
 なお、第1の実施形態ではフィルタ回路20と整合回路30とでRFIDデバイス50を構成しているが、フィルタ回路20のみでRFIDデバイス50を構成してもよい。
 RFIC素子10は半導体集積回路で構成されていて、第1送信端子Tx1、第2送信端子Tx2および受信端子Rxを備えている。第1送信端子Tx1と第2送信端子Tx2とで送信信号を平衡出力する。また、受信端子Rxで受信信号を不平衡入力する。第1送信端子Tx1と第2送信端子Tx2は、特許請求の範囲に記載の「第1入出力端子」と「第2入出力端子」に相当する。
 フィルタ回路20は第1インダクタンス素子L1、第2インダクタンス素子L2およびコンデンサC1で構成されている。第1インダクタンス素子L1の第1端はRFIC素子10の第1送信端子Tx1に接続され、第2インダクタンス素子L2の第1端はRFIC素子10の第2送信端子Tx2に接続され、第1インダクタンス素子L1および第2インダクタンス素子L2の第2端がコンデンサC1の両端に接続されている。このフィルタ回路20はRFIC素子10の送信信号に含まれる高調波成分を除去する。
 整合回路30はコンデンサC2,C3,C4で構成されている。コンデンサC2の第1端はフィルタ回路20の第1出力端に接続され、コンデンサC3の第1端はフィルタ回路20の第2出力端に接続され、コンデンサC2,C3の第2端がコンデンサC4の両端に接続されている。
 放射素子40は例えばループ状コイルアンテナである。
 前記第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2はそれぞれのインダクタンスが等しい。また、第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2は、磁束を強め合うように互いに磁気的に結合している。ここで、結合していない状態での第1インダクタンス素子L1のインダクタンスをL10、結合していない状態での第2インダクタンス素子L2のインダクタンスをL20、両者の相互インダクタンスをM、結合係数をk、結合している状態での第1のインダクタンス素子L1のインダクタンスをL1、結合している状態での第2のインダクタンス素子L2のインダクタンスをL2で表すと、Tx1,Tx2とコンデンサC1との間に接続されているインダクタの実効インダクタンスLは、
 L=L10+L20+2M
  =L10+L20+2k×√(L10*L20)
 L1=L2=L/2
で表される。
 例えば結合係数k=0のときにL1,L2の必要なインダクタンスL10,L20が800nHであるとすると(L1=L2=L10=L20=800nH)、結合係数k=0.85のときにL1,L2を800nHとするのに必要なインダクタンスL10,L20は432nHである。すなわち約0.54倍に小型化できる。また、必要なインダクタンスを得るに要するループ状導体の長さを短縮化でき、その分、直流抵抗を低減できる。
 整合回路30は、3つのコンデンサC2,C3,C4によって、フィルタ回路20と放射素子40とをインピーダンス整合させる。
 RFIC素子10の受信端子RxとコンデンサC1の一方端とは接続されていて、受信信号が受信端子Rxに入力される。
 RFIC素子10は送信端子Tx1,Tx2から13.56MHzの矩形波信号を平衡出力する。これにより、フィルタ回路20および整合回路30を介して放射素子40が駆動され、放射素子40から13.56MHzの磁界が放射される。この放射素子40にRFIDタグが近接していると、そのRFIDタグは前記磁界信号を受けて電力を受電するとともに自身のIDに基づいてRFIDタグ内の無線ICのインピーダンスを変化させ、RFIDタグ側のアンテナ共振回路のインピーダンスを変化させる(ASK変調する)。このことにより、RFIDタグはエネルギーの反射によってIDを応答することになる。
 RFIC素子10は前記ASK変調された応答信号を受けてIDを復号化する。RFIC素子10側からデータやコマンドを送信する場合には、前記13.56MHzの駆動電圧(電流)をASK変調する。RFIDタグは受信した搬送波の強度変化を復号化することによりRFIC素子10からのデータやコマンドを受信することになる。
 図3は、図2に示したフィルタ回路20が、複数の磁性体層を積層してなる多層基板に内蔵された状態を示す図である。図3(A)は内部導体層を透視した斜視図、図3(B)はそれを厚み方向に拡大表示した斜視図である。また、図4は多層基板の各導体層の平面図、図5は各導体層間を繋ぐビア導体の接続関係を示す図である。
 図4、図5において(a)層は最下層、(k)層は最上層である。また、図5においてビア導体を細線の直線で表している。
 図3(B)等に表れているように、多層基板MBの内部に、複数のループ状導体が積層されてヘリカル状に巻回された第1の積層型コイル素子で第1インダクタンス素子L1が構成され、複数のループ状導体が積層されてヘリカル状に巻回された第2の積層型コイル素子で第2インダクタンス素子L2が構成されている。
 多層基板MBの上面には端子電極P21A,P21B,P22A,P22Bが形成されている。また、多層基板MBの下面には端子電極P11,P12が形成されている。これらの端子電極は図2に示した回路中に同符号で示した箇所にそれぞれ対応している。後に示すように、コンデンサC1に相当するチップコンデンサが端子電極P21B,P22Bに搭載される。また、コンデンサC2,C3に相当するチップコンデンサの一方端が端子電極P21A,P22Aにそれぞれ接続されるように搭載される。端子電極P11,P12にはRFIC素子10が接続される。
 図6(A)は図3に示した第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2との配置関係を簡略化して表した斜視図である。図6(B)はその比較例の図である。本発明では、第1インダクタンス素子L1は、複数のループ状導体が積層された第1の積層型コイル素子で構成され、第2インダクタンス素子L2は、複数のループ状導体が積層された第2の積層型コイル素子で構成され、第1の積層型コイル素子のループ状導体の巻回軸および第2の積層型コイル素子のループ状導体の巻回軸はほぼ同一直線上に重なっている。すなわち同軸関係にある。そのため、平面視したとき、第1の積層型コイル素子の開口面と第2の積層型コイル素子の開口面が重なる。さらに、図3(B)、図6(A)に示した例では、前記第1の積層型コイル素子のループ状導体と前記第2の積層型コイル素子のループ状導体とは交互に積層されている。このようなループ状導体の配置によって、第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2の結合係数kは約0.85となる。
 比較例である図6(B)のように、第1インダクタンス素子L1を構成する第1の積層型コイル素子と、第2インダクタンス素子L2を構成する第2の積層型コイル素子とが横並びで並置されると、第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2との結合係数kはほぼ0である。
 図7(A)は、図2に示したRFIDデバイス50の平面図、図7(B)はその下面図である。図7(A)に表れているように、多層基板MBの上面にチップコンデンサC1,C2,C3,C41,C42、ESD保護素子E1,E2がそれぞれ実装されている。ここでコンデンサC1,C2,C3は図2の図中に同符号で示した素子にそれぞれ対応する。また、コンデンサC41,C42は並列接続されていて、図2におけるコンデンサC4に対応する。ESD保護素子E1,E2は図2に示した放射素子40とグランドとの間に配置される。
 図7(B)に表れているように、多層基板MBの下面には、送信端子Tx1,Tx2の接続端子(2)(3)、受信端子Rxの接続端子(4)、放射素子40の接続端子(6)(7)、グランド端子(5)(8)、NC端子(1)が形成されている。
 図3に示した第1のインダクタンス素子L1と第2のインダクタンス素子L2は結合係数kが約0.85と、強く結合しているので、必要なインダクタンスを得るに要するサイズを小型化でき、多層基板MBのサイズを小さくでき、RFIDデバイス50のサイズを小さくできる。第1インダクタンス素子L1および第2インダクタンス素子L2をチップインダクタで構成した場合には、15mm×6mm=90mm2程度のサイズを要するが、第1の実施形態によれば、第1、第2のインダクタンス素子を強く結合させることで小型化した上に、第1、第2のインダクタンス素子を多層基板にそれぞれの巻回軸がほぼ同一直線上に重なるように内蔵して第1、第2のインダクタンス素子を強く結合させることで小型化し、さらにチップコンデンサなどの素子を多層基板上に実装したことにより、3.2mm×2.5mm=8mm2となって、面積比が1/10以下となった。
 図8は、前記RFIDデバイス50を用いたRFIDモジュール101の構成図である。RFIDデバイス50が小型化されたことにより、これをRFIC素子10に近接配置でき、RFIDモジュール101を小型化できる。
 図9はRFIDタグ側の共振周波数と通信限界距離との関係を示す図である。特性曲線A,B,Cとフィルタ回路20および整合回路30の各素子の値との対応関係は次のとおりである。
 特性曲線[A]
 L1,L2:800nH
 C1:65pF
 C2,C3:18pF
 特性曲線[B]
 L1,L2:800nH
 C1:65pF
 C2,C3:23pF
 特性曲線[C]
 L1,L2:560nH
 C1:90pF
 C2,C3:18pF
 75mm以内の通信距離範囲で通信することを条件にすると、特性曲線AのRFIDデバイスは、周波数帯域が13MHz~16.4MHz(周波数帯域3.4MHz)の範囲で通信できる。また、特性曲線BのRFIDデバイスは、周波数帯域が12.7MHz~16.9MHz(周波数帯域4.2MHz)の範囲で通信できる。比較例である特性曲線CのRFIDデバイスは、周波数帯域が13.6MHz~16MHz(周波数帯域2.4MHz)の範囲で通信できる。
 このように、特性曲線AのRFIDデバイスは帯域幅が比較的狭いが通信限界距離が大きいので、通信距離優先のRFIDデバイスとして用いることができる。また、特性曲線BのRFIDデバイスは通信限界距離が比較的短いが帯域幅が広いので、帯域幅優先のRFIDデバイスとして用いることができる。比較例である特性曲線CのRFIDデバイスに比較して通信距離および帯域幅ともに拡大できることが分かる。特に、前記帯域幅優先のRFIDデバイスの場合、帯域幅は4.2MHz/2.4MHz=1.75倍にも拡大できる。
《第2の実施形態》
 図10は第2の実施形態に係るRFIDデバイスのフィルタ回路部の構成を示す図である。図10(A)は内部導体層を透視した斜視図、図10(B)はそれを厚み方向に拡大表示した斜視図である。図10(B)に表れているように、多層基板MBの内部に、複数のループ状導体が積層されてヘリカル状に巻回された第1の積層型コイル素子で第1インダクタンス素子L1が構成され、複数のループ状導体が積層されてヘリカル状に巻回された第2の積層型コイル素子で第2インダクタンス素子L2が構成されている。
 多層基板MBの上面には端子電極P21A,P21B,P22A,P22Bが形成されている。また、多層基板MBの下面には端子電極P11,P12が形成されている。これらの端子電極は図2に示した回路中に同符号で示した箇所にそれぞれ対応している。
 図11は、図10に示した第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2との配置関係を簡略化して表した斜視図である。
 第1インダクタンス素子L1は、複数のループ状導体が積層された第1の積層型コイル素子で構成され、第2インダクタンス素子L2は、複数のループ状導体が積層された第2の積層型コイル素子で構成され、第1の積層型コイル素子のループ状導体の巻回軸および第2の積層型コイル素子のループ状導体の巻回軸はほぼ同一直線上に重なっている。但し、図3に示した例と異なり、前記第1の積層型コイル素子と第2の積層型コイル素子は個別に巻回した状態で積層されている。
 このように、二つの積層型コイル素子を個別に巻回するように積層してもよい。このようなループ状導体の配置によって、第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2の結合係数kは約0.7となる。
 なお、第1、第2のインダクタンス素子同士の結合係数を大きくするためには、
 ・第1の積層型コイル素子を構成するループ状導体のループ面と第2の積層型コイル素子を構成するループ状導体のループ面の対向面積率を大きくする。
 ・磁性体層の厚みを薄くする(隣接するループ状導体の間隔を狭くする)。
 ・透磁率の大きな磁性体層を用いる。
ことが有効である。
《第3の実施形態》
 図12は第3の実施形態に係るRFIDモジュール103の回路図である。RFIDモジュール103は、RFIDデバイス50とブースター素子60とで構成されている。RFIDデバイス50にはRFIC素子10が接続される。
 RFIDデバイス50は、フィルタ回路20、整合回路30および結合用放射素子40Cを備えている。なお、第3の実施形態ではフィルタ回路20、整合回路30および結合用放射素子40CでRFIDデバイス50を構成しているが、フィルタ回路20と結合用放射素子40CとでRFIDデバイス50を構成してもよい。
 RFIC素子10は半導体集積回路で構成されていて、第1送信端子Tx1、第2送信端子Tx2および受信端子Rxを備えている。第1送信端子Tx1と第2送信端子Tx2とで送信信号を平衡出力する。また、受信端子Rxで受信信号を不平衡入力する。第1送信端子Tx1と第2送信端子Tx2は、特許請求の範囲に記載の「第1入出力端子」と「第2入出力端子」に相当する。
 フィルタ回路20は第1インダクタンス素子L1、第2インダクタンス素子L2およびコンデンサC1で構成されている。第1インダクタンス素子L1の第1端はRFIC素子10の第1送信端子Tx1に接続され、第2インダクタンス素子L2の第1端はRFIC素子10の第2送信端子Tx2に接続され、第1インダクタンス素子L1および第2インダクタンス素子L2の第2端がコンデンサC1の両端に接続されている。このフィルタ回路20はRFIC素子10の送信信号に含まれる高調波成分を除去する。
 整合回路30はコンデンサC2,C3,C4で構成されている。コンデンサC2の第1端はフィルタ回路20の第1出力端に接続され、コンデンサC3の第1端はフィルタ回路20の第2出力端に接続され、コンデンサC2,C3の第2端がコンデンサC4の両端に接続されている。
 結合用放射素子40Cは例えばループ状コイル導体である。
 前記第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2はそれぞれのインダクタンスが等しい。また、第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2は、磁束を強め合うように互いに磁気的に結合している。
 結合用放射素子40Cはブースター素子60に磁気的に結合する。ブースター素子60は結合用放射素子40Cと結合して外部に対する放射素子として作用する。
 この第3の実施形態は、結合用放射素子40Cおよびブースター素子60を備えた点以外は第1の実施形態のRFIDモジュール101の構成と同じである。
 図13(A)は、図12に示したRFIDデバイス50の平面図、図13(B)はその断面図である。但し、図13(B)の断面図は厚み方向を拡大して表している。図13(A)に表れているように、多層基板MBの上面にチップコンデンサC1,C2,C3,C41,C42、ESD保護素子E1,E2がそれぞれ実装されている。ここでコンデンサC1,C2,C3は図12の図中に同符号で示した素子にそれぞれ対応する。また、コンデンサC41,C42は並列接続されていて、図12におけるコンデンサC4に対応する。ESD保護素子E1,E2は図12に示した結合用放射素子40Cとグランドとの間に配置される。
 図13(B)に表れているように、結合用放射素子40Cは、フィルタ回路20および整合回路30に対して積層形成されている。
 図14は、前記RFIDデバイス50を用いたRFIDモジュール103の分解斜視図である。このRFIDモジュール103は、ブースター素子60にRFIDデバイス50が搭載されることによって構成される。ブースター素子60は、絶縁基材61とその上面に形成されたブースター電極62とで構成されている。ブースター電極62は“C”字型の導体膜であり、RFIDデバイス50内の結合用放射素子と対向配置される。ブースター素子60は、平面視で、結合用放射素子と重なる導体領域、結合用放射素子のコイル開口部と重なる導体開口部(非導体領域)CA、及び導体領域の外縁と導体開口部CAとの間を連接するスリット部SLとを有する。図14中の二点差線はRFIDデバイス50を搭載する領域を示している。
 図15は、結合用放射素子40Cのコイル導体に流れる電流およびブースター素子60のブースター電極62に流れる電流をそれぞれ示す図である。但し、これらの電流は、ブースター素子60に結合用放射素子を積層した状態での電流である。
 図15に示すように、結合用放射素子40Cのコイル導体に電流EC3が流れると、このコイル導体から生じる磁束がブースター電極62に鎖交しようとするので、その磁束を遮るようにブースター電極62に、結合用放射素子40Cのコイル導体に流れる電流の向きとは反対方向の電流が生じる。導体開口部CAの周囲に流れる電流は、スリット部SLの周囲を通り、ブースター電極62の周囲に沿うように流れる。ブースター電極62の周囲に沿うように電流が流れることで、磁界の放射エリアが広がり、ブースター電極62は、磁界を増幅するブースターとしての役割を果たす。このように、結合用放射素子40Cのコイル導体とブースター電極62とは磁界を主として電磁界結合する。
 前記電流EC3と電流EC21~EC25が放射に寄与する。すなわち、結合用放射素子40Cとブースター素子60がアンテナとして作用する。
 図16はRFIDタグ側の共振周波数と通信限界距離との関係を示す図である。特性曲線A,B,Cとフィルタ回路20および整合回路30の各素子の値との対応関係は次のとおりである。
 特性曲線[A]
 L1,L2:800nH
 C1:65pF
 C2,C3:18pF
 特性曲線[B]
 L1,L2:800nH
 C1:65pF
 C2,C3:23pF
 特性曲線[C]
 L1,L2:560nH
 C1:90pF
 C2,C3:18pF
 85mm以内の通信距離範囲で通信することを条件にすると、特性曲線AのRFIDデバイスは、周波数帯域が13MHz~16.4MHz(周波数帯域3.4MHz)の範囲で通信できる。また、特性曲線BのRFIDデバイスは、周波数帯域が12.7MHz~16.9MHz(周波数帯域4.2MHz)の範囲で通信できる。比較例である特性曲線CのRFIDデバイスは、周波数帯域が13.6MHz~16MHz(周波数帯域2.4MHz)の範囲で通信できる。
 このように、特性曲線AのRFIDデバイスは帯域幅が比較的狭いが通信限界距離が大きいので、通信距離優先のRFIDデバイスとして用いることができる。また、特性曲線BのRFIDデバイスは通信限界距離が比較的短いが帯域幅が広いので、帯域幅優先のRFIDデバイスとして用いることができる。比較例である特性曲線CのRFIDデバイスに比較して通信距離および帯域幅ともに拡大できることが分かる。特に、前記帯域幅優先のRFIDデバイスの場合、帯域幅は4.2MHz/2.4MHz=1.75倍にも拡大できる。
《第4の実施形態》
 図17は第4の実施形態に係るRFIDモジュール104の分解斜視図である。このRFIDモジュール104は、ブースター素子70とRFIDデバイス50とで構成されている。ブースター素子70は、絶縁基材71、その上面に形成されたブースターコイルパターン72および下面に形成されたブースターコイルパターン73で構成されている。図17においては、ブースターコイルパターン72,73についても絶縁基材71から分離した状態で図示している。
 RFIDデバイス50は第3の実施形態で示したものと同じである。このRFIDデバイス50に内蔵されている結合用放射素子のコイルとブースターコイルパターン72,73とが磁気的に結合するように、RFIDデバイス50は絶縁基材71に搭載される。
 このように導体コイルパターンでブースター素子を構成してもよい。
《第5の実施形態》
 第5の実施形態では、結合用放射素子40Cの別の構成例を示す。図18(A)、図18(B)は第5の実施形態に係るRFIDデバイスの二つの構成を示す図である。第3の実施形態では、平面視で、多層基板内にフィルタ回路20および整合回路30と重なる位置関係に結合用放射素子40Cを配置した。図18(A)、図18(B)の例では、フィルタ回路20および整合回路30の側方に結合用放射素子40Cを配置している。図18(A)の例では、結合用放射素子40Cのループ面を多層基板の平面に対して平行に配置している。図18(B)の例では、結合用放射素子40Cのコイル軸方向を多層基板の平面に対して平行に配置している。
 このように、結合用放射素子40Cをフィルタ回路20および整合回路30の側方に形成してもよい。
《他の実施形態》
 以上に示した各実施形態では、複数のループ状導体が平面視で四角形または楕円形(長円形)である例を示したが、複数のループ状導体は平面視で円形や八角形であってもよいし、他の多角形状であってもよい。
 また、多層基板の各層は必要に応じて非磁性体の誘電体層であってもよい。
 また、図14に示したRFIDモジュール103ではブースター素子60を、図17に示したRFIDモジュール104ではブースター素子70を、それぞれアンテナとして用いたが、これらのブースター素子と電磁界結合する放射導体をさらに設けて、この放射導体をブースター素子とともにアンテナとして作用させてもよい。
 さらに、整合回路はキャパシタンス素子だけでなく、必要に応じてインダクタンス素子のみまたはキャパシタンス素子とインダクタンス素子で構成してもよい。
C1,C2,C3,C4…コンデンサ
C41,C42…コンデンサ
CA…導体開口部
E1,E2…ESD保護素子
L1…第1のインダクタンス素子
L2…第2のインダクタンス素子
MB…多層基板
P11,P12…端子電極
P21A,P21B,P22A,P22B…端子電極
Rx…受信端子
SL…スリット部
Tx1,Tx2…送信端子
10…RFIC素子
20…フィルタ回路
30…整合回路
40…放射素子
40C…結合用放射素子
50…RFIDデバイス
60,70…ブースター素子
61,71…絶縁基材
62…ブースター電極
72,73…ブースターコイルパターン
101~104…RFIDモジュール

Claims (12)

  1.  第1入出力端子および第2入出力端子を有するRFIC素子と、
     前記第1入出力端子に接続された第1インダクタンス素子、および、前記第2入出力端子に接続されたた第2インダクタンス素子を含んで構成され、前記RFIC素子の高調波成分を除去するためのフィルタ回路と、
     前記フィルタ回路に接続された放射素子と、を有し、
     前記第1インダクタンス素子と前記第2インダクタンス素子とは、互いに磁気結合していることを特徴とするRFIDモジュール。
  2.  前記第1インダクタンス素子と前記第2インダクタンス素子との結合係数は0.7以上である、請求項1に記載のRFIDモジュール。
  3.  前記フィルタ回路と前記放射素子との間に接続され、インダクタンス素子およびキャパシタンス素子、またはインダクタンス素子もしくはキャパシタンス素子を含んで構成される整合回路を備えた、請求項1または2に記載のRFIDモジュール。
  4.  前記第1インダクタンス素子は、複数のループ状導体が積層された第1の積層型コイル素子で構成され、前記第2インダクタンス素子は、複数のループ状導体が積層された第2の積層型コイル素子で構成され、前記第1の積層型コイル素子のループ状導体の巻回軸および前記第2の積層型コイル素子のループ状導体の巻回軸はほぼ同一直線上に重なっている、請求項1~3のいずれかに記載のRFIDモジュール。
  5.  前記第1の積層型コイル素子の前記ループ状導体と前記第2の積層型コイル素子の前記ループ状導体とは交互に積層されている、請求項4に記載のRFIDモジュール。
  6.  前記第1インダクタンス素子および前記第2インダクタンス素子は、複数の磁性体層を積層してなる多層基板に内蔵されている、請求項1~5のいずれかに記載のRFIDモジュール。
  7.  前記整合回路の前記インダクタンス素子または前記キャパシタンス素子は、前記多層基板の表面に搭載されている、請求項6に記載のRFIDモジュール。
  8.  前記放射素子に電磁界を介して結合されて無線信号の受信または送信を行うブースター素子をさらに備えた、請求項1~7のいずれかに記載のRFIDモジュール。
  9.  前記放射素子はコイル状導体で構成され、このコイル状導体と前記ブースター素子とは互いに電磁界結合している、請求項8に記載のRFIDモジュール。
  10.  前記放射素子は前記多層基板に内蔵されている、請求項8または9に記載のRFIDモジュール。
  11.  第1入出力端子および第2入出力端子を有するRFIC素子と、放射素子との間に設けられるRFIDデバイスであって、
     前記第1入出力端子に接続された第1インダクタンス素子、および、前記第2入出力端子に接続されたた第2インダクタンス素子を含んで構成され、前記RFIC素子の高調波成分を除去するためのフィルタ回路を有し、前記第1インダクタンス素子と前記第2インダクタンス素子とは、互いに磁気結合していることを特徴とするRFIDデバイス。
  12.  前記フィルタ回路の前記放射素子側に接続され、インダクタンス素子およびキャパシタンス素子、またはインダクタンス素子もしくはキャパシタンス素子を含んで構成される整合回路を備えた、請求項11に記載のRFIDデバイス。
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