JP2002083277A - データキャリア - Google Patents
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Abstract
形状の比較的薄いフレキシブルな構造を持つ基材に、1
つのアンテナと1つのICを実装しており、アンテナと
IC間の断線やICの故障が発生することがあり、デー
タキャリアの信頼性を低下させていた問題の解決を目的
とする。 【解決手段】 データキャリア中に少なくとも2つのI
C3、4を内蔵し、これらのICをアンテナ1に接続す
る。データキャリア内に2つのIC3、4を内蔵するこ
とで、ひとつのICの機能に障害が発生した場合や、ア
ンテナへの接続が不良となった場合でも、他方のICが
バックアップとして働くように構成する。
Description
媒体とした質問器からの質問信号に応答信号を返信する
とともに、質問器から送られるデータを記憶するデータ
キャリア(RF−IDタグ、スマートカード等)に関
し、特に記憶するデータの信頼性を向上させるととも
に、メモリ不足にも容易に対応できるようにしたデータ
キャリアに関する。
れるデータキャリアシステムが盛んに研究開発され、様
々な分野で実用化が図られている。この内、データの記
憶媒体となるデータキャリアには、ラベルやカード形状
等の比較的薄いフレキシブルな構造を持つ基材が使用さ
れる場合が多い。
中に、ダイポールアンテナやループ形状などのアンテナ
を埋め込み、また、このアンテナに接続された状態でI
C(半導体集積回路)を埋め込んでいる。このICは、
電磁波や光を通信媒体とし、質問器からの質問信号に対
し記憶したデータを返信するとともに、質問器から送ら
れるデータを書き込むよう作動する。
ため、データキャリア内のICを駆動する電源には、質
問器から送信される通信媒体のエネルギーを電力に変換
して使用するか、あるいはICとともに埋設した電池が
使用されている。
を示す図であり、電磁波を通信媒体として非接触で質問
器とのデータの交信を行うデータキャリア(RF−ID
タグ)の例である。図10において、コイル状のアンテ
ナ101の両端には共振回路を構成するコンデンサ10
2が接続され、またアンテナ101の両端には、IC1
03の端子aと端子Vss(グランド端子)が接続さ
れ、質問器から送信された高周波電磁界による電磁誘導
によりIC103に電力を供給している。また、コイル
状のアンテナ101の中間端子mがIC103の端子b
に接続されている。そして、IC103の内部回路が、
端子bおよび端子Vss間に接続されたFET(電界効
果トランジスタ)・TrをON、OFFし、アンテナ1
01のコイルとしてのインダクタンスを変化させ、質問
器に応答信号を返信するように構成されている。
アでは、ラベルやカード形状の基材に、1つのアンテナ
101と1つのIC103を埋め込んで構成していた。
したように、データキャリアにはラベルやカード形状等
の比較的薄いフレキシブルな構造の基材が多く使用さ
れ、その中に1つのアンテナと1つのICを実装してい
た。
加わった場合は、データキャリアは容易に変形し、アン
テナ101とIC103を接続する線が断線したり、I
C103自身が破壊するなどの故障が発生することがあ
った。一旦故障が発生すると、このデータキャリアはも
う使用できず、交換することが必要である。
については、例えば、データキャリアが建築物の壁内に
埋め込まれた配管の管理に使用され、データキャリア自
身が壁内に埋め込まれているような場合にはやっかいな
問題となる。すなわち、故障したデータキャリアを交換
する場合、まず壁面のデータキャリアが埋め込まれてい
る部分を破砕し、次にデータキャリアを交換し、その後
に壁面の修復作業を行うなど、多くの作業時間と修理費
を要することになるからである。
ては、データキャリアに使用しているICのメモリ容量
が不足する場合がある。このような場合、新たにメモリ
容量を増やしたICを設計すればよいのであるが、新た
にICを設計するには膨大な費用と時間がかかり簡単に
は実行できず、既存のICをうまく活用して、メモリ不
足の問題を解決するデータキャリアの開発が求められて
いた。
み、ラベルやカード形状の比較的フレキシブルな構造を
持つデータキャリアにおいても、その信頼性を著しく向
上させ、修理交換が困難な場所にも使用できるデータキ
ャリアを提供することにある。
を開発することなく、既存のICを有効に活用して、メ
モリ不足の問題を解決し得るデータキャリアを提供する
ことにある。
めに、請求項1記載のデータキャリアは、質問器からの
読み取り指令により指定された記憶データを送信すると
ともに、質問器からの書き込み指令により質問器から送
信されたデータを記憶するデータキャリアにおいて、質
問器からの書き込み指令および読み取り指令を実行する
ICを少なくとも2つ内蔵したことを特徴とする。
を通信媒体として、質問器からの読み取り指令により指
定された記憶データを送信するとともに、質問器からの
書き込み指令により質問器から送信されたデータを記憶
するデータキャリアにおいて、質問器からの書き込み指
令および読み取り指令を実行するICを少なくとも2つ
内蔵するとともに、前記複数のICを1つの共通のアン
テナに接続したことを特徴とする。
を通信媒体として、質問器からの読み取り指令により指
定された記憶データを送信するとともに、質問器からの
書き込み指令により質問器から送信されたデータを記憶
するデータキャリアにおいて、複数のアンテナを内蔵す
るとともに、質問器からの書き込み指令および読み取り
指令を実行する複数のICを内蔵し、各アンテナには、
前記ICが少なくとも1つ接続されたことを特徴とす
る。
3記載のデータキャリアにおいて、前記複数のアンテナ
を、それらの相互干渉作用が最小となる位置またはその
近傍に配置することを特徴とする。
1から4のいずれか1項に記載のデータキャリアにおい
て、前記複数のICのそれぞれのデータ記憶エリアに、
実装された個々のICを識別するID情報を書き込むデ
ータエリアを設け、このID情報を指標として、質問器
からの指令によりデータの書き込みおよび読み取りを行
うことを特徴とする。
1から5のいずれか1項に記載のデータキャリアにおい
て、前記複数のICのそれぞれのデータ記憶エリアに、
それらのICが実装されたタグを識別するID情報と実
装された個々のICを識別するID情報を書き込むデー
タエリアを設け、これらのID情報を指標として、質問
器からの指令によりデータの書き込みおよび読み取りを
行うことを特徴とする。
1から6のいずれか1項に記載のデータキャリアにおい
て、前記複数のICのそれぞれのデータ記憶エリアに、
複数のICが分担してデータを記憶する場合に使用する
データの構成順序の情報を書き込むデータエリアを設
け、前記データの構成順序の情報を指標として、質問器
からの指令によりデータの書き込みおよび読み取りを行
うことを特徴とする。
明の第1の実施の形態の回路構成を示す図であり、図2
は本発明の第1の実施の形態の実際の接続状態を示す図
である。ラベル形状やカード形状の基材中に、1つのア
ンテナコイルと、2個のICを実装した例である。
アンテナ、2はアンテナ1と共振回路を構成するコンデ
ンサ、3、4はICを示している。また、IC3、4内
の符号Trはスイッチング用のFETを示している。
パターンで作成されたコイル状のものであり、外形50
mm、ターン数5のものである。そのインダクタンス
は、約3μHであり、13.56MHzで共振するよう
に、アンテナ1を形成するコイルに並列に46pFのチ
ップコンデンサ2が接続されている。このコイルに2つ
のIC3、4を並列に接続しデータキャリアを構成して
いる(以下このデータキャリアを単に「タグ」とい
う)。
C3、4のa端子およびVss端子(グランド端子)を
接続し、アンテナ1のコイルのVss端子側から1ター
ン目の位置より中間タップmを取り出し、これをIC
3、4のb端子に接続する。アンテナの接続部の銅箔に
は厚み1nmの金のストライクめっきを施し、直径25
nmのアルミのワイヤで接続したのち、樹脂ポッティン
グにより封止した。
タグを13.56MHzの磁界中に置くと、アンテナ1
のコイルとコンデンサ2から構成される共振回路に電圧
が誘起され、これがIC3、4のa端子とVss端子間
に印加される。この電圧が一定の値を超えると、IC
3、4の内部回路が動作を開始する。IC3、4の内部
回路が動作を開始すると、IC3、4は内部のメモリ
(容量160bit)の内容に応じたデータをマンチェ
スター符号として、80kbsのデータレートで質問器
に送信する。図3にマンチェスター符号の一例を示す。
となった後に、上記のデータを再度送信するという動作
を、電源が供給されている限り繰り返す。データの送信
は、具体的にはIC3、4内部のb端子とVss端子間
にそれぞれドレインとソースが接続されたFET・Tr
のゲート端子にON、OFFの電圧を印加することによ
って行われる。
グのアンテナ1であるコイルとは、磁気的に結合してい
るため、タグ内のIC3、4のFET・TrをON、O
FFすることにより、タグ側のアンテナ1のインダクタ
ンスが変化し、このインダクタンスの変化を、質問器の
アンテナ側から見たインピーダンスの変化として取り出
し、タグのデータを読み取っている。
つのタグ(タグA、タグBとする)からデータを読み取
る場合について説明する。この例では、タグA中には、
IC#1およびIC#2が内蔵され、タグB中には、I
C#3およびIC#4が内蔵され、2つのタグが同時に
質問器の電磁界中に入った場合の例である。
の1を示す図であり、IC内のデータ記憶エリアでのデ
ータの構成例を示したものである。メモリアドレスの0
〜7ビットはデータのヘッダであり、全てのIC(IC
#1〜IC#4)について共通に「FF」が書き込まれ
ている。メモリアドレスの8〜39ビットは、各ICに
ついてのユニークなチップID(識別コード)であり、
これにより異なるICからのデータであることを識別で
きる。メモリアドレスの40〜47ビットはタグのID
(識別コード)であり、どのタグに埋められたICから
送信されたデータであるかを識別できる。メモリアドレ
スの48〜159ビットはアプリケーションに応じて使
用される任意のデータエリアである。
あり、各IC(IC#1、IC#2、IC#3、IC#
4)からのデータが送信されるタイミングを示した図で
ある。なお、実際には約2msec幅のパケットが約8
0〜120msecの間隔で送信されるのであるが、図
5では、図面を見やすくするために、データ送信間隔を
実際の時間スケールより短く記載している。
同時に質問器の磁界内に入ると、各IC(IC#1、I
C#2、IC#3、IC#4)は同時にON状態になり、
各ICが同時にデータパケットを送信するため、最初の
パケットはすべて衝突し、質問器が正常に受信すること
はできない。しかしながら、次のパケット送信までの待
機時間が、各ICによって異なるため、ある程度時間が
経過すると、すべてのICからのデータを受信すること
が可能となる。
タでは、受信したデータパケットのチップID、タグの
IDを比較して、同一タグからのデータを、書き込まれ
た順番に並べることもできる。
エリアに、全く同一のデータを書き込むことで、一方の
ICの機能あるいはアンテナとの接続に障害が起こった
場合でも、もう一方のICにより、質問器はデータの受
信を行うことができる。
Dが異なるデータを受信した場合には、複数のICが同
一のタグ中で動作していることが分かる。なお、全く同
一のデータをICに書き込む場合には、個々のICを識
別する必要がないことから、ユニークなチップIDを持
たないICを使用することも可能である。
を書き込むと共に、ICのチップIDの大小に応じたデ
ータの書込み順序を予め規定しておくことにより、読み
込み後にタグIDを指標として、同一のタグからのデー
タか否かを識別し、更に同一のタグからと判断されたデ
ータについては、ICのチップIDを基にデータを並べ
替えることにより、データの書き込まれた順序を再現で
きる。この動作により、原理的にはメモリ容量を増やし
たのと同様の効果が得られる。
の順番にデータを書き込み、タグに実装することは、製
造工程管理上も容易ではないため、このような場合に
は、例えば、図6のIC内のメモリデータの構成例その
2を示す図のように、メモリアドレス40、41ビット
の2ビットにデータの順序を示す情報を書き込むこと
で、最大4個までのICの順序を管理することができ
る。この場合、データの順序を識別するチップIDは不
要なため、チップIDを持たないICを使用することも
可能であり、製造管理上での利点がある。
めたい場合には、図7のIC内のデータの構成例その3
に示すように、アドレス42、43ビットを、そのタグ
に含まれるICの個数の情報のエリアとすることで、デ
ータの読み飛ばしなどのエラーを防止することができ
る。この方法は、図4で示したメモリデータの構成例そ
の1の場合についても、合わせて適用することができ
る。
例を種々組み合わせて、例えば、複数のICを内蔵する
タグに、4つのICを内蔵させ、そのうちの2個ずつが
同一データを持つという構成とするなど、アプリケーシ
ョンに応じて様々な組み合わせを選択することができ
る。
は、1つのタグにひとつのコイル状のアンテナ1が内蔵
され、これに2個のIC3、4が接続された場合につい
て説明したが、これを図8の本発明の第2の実施の形態
を示す図のように、タグに2個のコイル状のアンテナ1
1、21とコンデンサ12,22からなる共振回路を内
蔵し、この共振回路に1つまたは2つ以上のICを接続
することもできる。図8の例では、アンテナ11には2
つのIC13、14を接続し、アンテナ21には2つの
IC23、24を接続した例である。
であるが、特に2つのアンテナのコイルを、そのコイル
間の結合係数が実質的に0と見なせるように配置すると
独立性が増す。具体的な例を挙げると、図9はアンテナ
の配置例を示す図であり、2つのアンテナ31、32の
重なる部分の面積S2と、重ならない部分の面積S1の
比が、S1:S2=2:1〜8:1に選ぶと良好な結果
が得られる。
れに独立性を持たして配置した場合には、以下に説明す
る利点がある。
む場合には、その発信する高周波を、例えば振幅変調す
ることで、ICを駆動するエネルギー源となる高周波に
信号を重畳して送信しているが、第1の実施の形態の構
成では、個々のICがアンテナを共有しているため、一
方のICがデータを送信している間は、他方のICは質
問器からの信号を受信することはできない。このため、
質問器からICへのデータの書込みは、必ず両方のIC
のデータ送信が終わってからでなければ実行することが
できない。
に、磁気的な結合係数が実質的に0となるようにタグ中
に2つのアンテナを配置した場合には、一方のアンテナ
に接続されたICがデータを送信している間にも、他方
のアンテナに接続されたICは質問器からの情報を読み
取れるため、任意の時点で質問器からタグヘデータを書
き込むことができる。
ロジー社の販売しているいるMCRF355のようなI
Cでは、データパケットを送信した後の待機時間中に
は、図1に示したFET・TrをONにしてしまうため
(カタログ中にはクローキング機能と記載されてい
る)、第1の実施の形態の構成では、もう一方のICが
エネルギーを得ることができなくなってしまい、本発明
のように複数のICを実装することができなくなる。こ
のような市販のICを使用する場合に、第2の実施の形
態のように実質的に結合係数が0である複数のアンテナ
を用いることにより、複数のICを内蔵したデータキャ
リアを構成することができる。
モリデータの構成については説明しなかったが、もちろ
ん第1の実施の形態の場合と同様の構成を取り得る。
第2の実施の形態では外付けコンデンサにより、共振回
路を構成したが、ICに内蔵されたコンデンサを用いて
共振回路を構成することも可能である。
2の実施の形態では、電源を持たないパッシブタイプの
ICを使用した例について説明したが、本発明は、IC
の電源を内蔵電池から供給するタグについても同様に適
用できるものである。
2の実施の形態は、ICの電源がON状態になるとIC
が自動的にデータを送信を開始する、いわゆるタグトー
クファーストタイプのICを使用した例について説明し
たが、質問器が最初にポーリング信号を送信し、これを
受信して始めICが応答する、いわゆるリーダートーク
ファーストのICを使用した場合でも、本発明を同様に
適用することが可能である。
ャリアによれば、ひとつのデータキャリア内に少なくと
も2つのデータキャリア用のICを内蔵することで、ひ
とつのICの機能に障害が発生した場合や、アンテナへ
の接続が不良となった場合でも、少なくとも2つ内蔵さ
れた他方のICがバックアップとして働くために、デー
タキャリア自体を交換する必要がない。また、特に高い
データの信頼性が要求される場合は、3つ以上ICを内
蔵し、多数決によりデータの信頼性を高めることができ
る。
キャリアによれば、複数のアンテナを使用するため、一
方のアンテナおよびICの機能に障害が生じても、他方
のアンテナおよびICでバックアップでき、信頼性が向
上する。また、一方アンテナに接続されたICが質問器
にデータを送信している場合にも、他方のアンテナに接
続されたICでは独立して質問器からの情報を読み取れ
るため、任意の時点で質問器からデータキャリアにデー
タを書き込むことができる。
データキャリアによれば、アプリケーションの要求仕様
に対してデータキャリア内のICのメモリ容量が不足す
る場合に、データキャリア内の各ICのデータ記憶エリ
アに書込まれた、タグID、各ICのチップIDまたは
各ICのデータ構成順序の情報を指標として、質問器の
ソフトウェアによって、実際は複数のICへのデータの
書込み/複数のICからのデータ読み取り動作を、実質
的にひとつのICに対してのデータの書き込み/読み取
り動作と見なせるようにできるため、新たに大きなメモ
リ容量を持ったICを開発する必要が無くなる。
す図である。
を示す図である。
図である。
図である。
図である。
ある。
Claims (7)
- 【請求項1】 質問器からの読み取り指令により指定さ
れた記憶データを送信するとともに、質問器からの書き
込み指令により質問器から送信されたデータを記憶する
データキャリアにおいて、 質問器からの書き込み指令および読み取り指令を実行す
るICを少なくとも2つ内蔵したことを特徴とするデー
タキャリア。 - 【請求項2】 電磁波を通信媒体として、質問器からの
読み取り指令により指定された記憶データを送信すると
ともに、質問器からの書き込み指令により質問器から送
信されたデータを記憶するデータキャリアにおいて、 質問器からの書き込み指令および読み取り指令を実行す
るICを少なくとも2つ内蔵するとともに、 前記複数のICを1つの共通のアンテナに接続したこと
を特徴とするデータキャリア。 - 【請求項3】 電磁波を通信媒体として、質問器からの
読み取り指令により指定された記憶データを送信すると
ともに、質問器からの書き込み指令により質問器から送
信されたデータを記憶するデータキャリアにおいて、 複数のアンテナを内蔵するとともに、 質問器からの書き込み指令および読み取り指令を実行す
る複数のICを内蔵し、 各アンテナには、前記ICが少なくとも1つ接続された
ことを特徴とするデータキャリア。 - 【請求項4】 前記複数のアンテナを、それらの相互干
渉作用が最小となる位置またはその近傍に配置すること
を特徴とする請求項3記載のデータキャリア。 - 【請求項5】 前記複数のICのそれぞれのデータ記憶
エリアに、実装された個々のICを識別するID情報を
書き込むデータエリアを設け、 このID情報を指標として、質問器からの指令によりデ
ータの書き込みおよび読み取りを行うことを特徴とする
請求項1から4のいずれか1項に記載のデータキャリ
ア。 - 【請求項6】 前記複数のICのそれぞれのデータ記憶
エリアに、それらのICが実装されたタグを識別するI
D情報と実装された個々のICを識別するID情報を書
き込むデータエリアを設け、 これらのID情報を指標として、質問器からの指令によ
りデータの書き込みおよび読み取りを行うことを特徴と
する請求項1から5のいずれか1項に記載のデータキャ
リア。 - 【請求項7】 前記複数のICのそれぞれのデータ記憶
エリアに、複数のICが分担してデータを記憶する場合
に使用するデータの構成順序の情報を書き込むデータエ
リアを設け、 前記データの構成順序の情報を指標として、質問器から
の指令によりデータの書き込みおよび読み取りを行うこ
とを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の
データキャリア。
Priority Applications (1)
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