專利名稱：電磁耦合特性調整方法、供電裝置和非接觸型供電系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及包括IC卡等的半導體器件和通過電磁耦合該半導體器件以非接觸方式向上述半導體器件供電的供電裝置的非接觸型供電系統和其中使用的供電裝置、以及該非接觸型供電系統的電磁耦合特性調整方法。
背景技術：
近年來，在塑料制造的卡中，埋入了由非易失性存儲器、CPU(中央處理單元)等構成的IC芯片等的IC卡得到普及。上述IC卡與目前廣泛利用的磁卡相比，由于具有可處理更大量的數據、安全性優越的優點，作為下一代卡備受關注。
IC卡不僅能實現目前由磁卡進行的種種應用，還可廣泛應用于由于技術上的限制不能利用磁卡的應用中，因此迅速得到普及。期待利用1張卡內可裝載多個應用的多功能IC卡。
對IC卡的供電和讀寫信息由讀寫裝置進行。IC卡和讀寫裝置根據二者的接口分為接觸型和非接觸型。
接觸型的情況下，IC卡和讀寫裝置上分別設置金屬制造的連接端子。通過使IC卡的連接端子和讀寫裝置的連接端子接觸，讀寫裝置對IC卡供電，同時可發送接收數據。
另一方面，非接觸型的情況下，IC卡和讀寫裝置上分別設置天線線圈。讀寫裝置的天線線圈產生變動磁場，通過使IC卡的天線線圈進入產生的變動磁場中，借助電磁感應技術，讀寫裝置對IC卡供電，同時可發送接收數據。
非接觸型IC卡用二極管將天線線圈產生的感應電壓整流后供給各功能塊。作為從非接觸型讀寫裝置的天線線圈傳播到非接觸型IC卡的天線線圈的電磁波，可舉出例如載波頻率為數MHz～數10MHZ左右的電波。
非接觸型IC卡由于不帶與外部裝置的連接端子，不用擔心產生連接端子的連接點破損等，僅通過靠近非接觸型讀寫裝置就可進行供電和數據的發送接收。因此，非接觸型IC卡具有維持成本降低、安裝容易、處理高速等優點。
另外，非接觸型讀寫裝置大致分為具有和不具有固定非接觸型IC卡的結構。前者稱為密閉型(閉合型)，后者稱為開放型(打開型)。
密閉型讀寫裝置和IC卡的通信距離約在5mm以下，在約1mm處頻繁使用。這樣，密閉型讀寫裝置和IC卡的通信距離非常短，在重視信息安全的金融領域的利用受到關注。因此，原來密閉型比開放型更頻繁地被利用。
近年來，隨著非接觸型IC卡的應用擴展到交通領域、進出門管理系統中，其也轉移到比密閉型更方便的開放型。例如，考慮下面的利用方法將IC卡用于鐵道、公交車等車票的同時，將開放型讀寫裝置配置在打卡車門處，或IC卡插入打卡車門進行數據處理、或使之瞬間接觸打卡車門進行數據處理(接觸并通過處理)。
但是，開放型的情況下，引起讀寫裝置和IC卡的通信距離不固定，在從讀寫裝置向IC卡供電方面產生問題。圖8表示來自開放型讀寫裝置的供電功率一定時的開放型讀寫裝置到IC卡的通信距離與IC卡的接收功率的關系。參考該圖，可以理解通信距離為0時，接收功率最大，隨著通信距離加長，接收功率減少。
因此，在假定使用的通信距離的范圍內，近距離存在的IC卡與遠距離存在的IC卡相比，接收功率更大。該功率差變換為熱，因此產生IC卡近距離長期放置時會發熱的問題。
如上所述，期待利用多功能IC卡，但多功能IC卡中需要1MB以上的非易失性存儲器，此時消耗功率增大。因此多功能IC卡與原來的IC卡相比，由于可動作的最低電壓增大，需要增加來自讀寫裝置的接收功率。
圖9表示增加上述接收功率時的上述通信距離和上述接收功率的關系。參考該圖可以理解，為了在通信距離相同的情況下使接收功率增大，可增加供電功率。
但是，供電功率增加時，不同通信距離的接收功率的功率差也增加。供電功率過度增加時，恐怕對其他設備產生不良影響。因此，為利用多功能IC卡，要求減輕接收功率的功率差引起的發熱。
近來，為了更方便，要求延長IC卡可動作的通信距離。但是，為延長通信距離，如圖9所示，需要增加供電功率，產生上述同樣的問題。
針對上述發熱問題，有對應從讀寫裝置到IC卡的通信距離調整來自讀寫裝置的供電功率的方法，例如日本國公開專利公報特開平11-338983號公報(
公開日為1999年12月10日)所示。圖7表示上述公報公開的讀寫裝置和IC卡的構成例子。圖中的虛線左側是讀寫裝置100的結構，右側是IC卡101的結構例子。
讀寫裝置100是包括振蕩器110、功率控制電路111、放大器112、匹配電路113、電壓檢測電路114、讀寫器用IC115、調諧電容器116和天線線圈117。的結構。從振蕩器110輸出的高頻由放大器112放大，經匹配電路113供給天線線圈117。天線線圈117中為提高傳輸效率，直接連接調諧電容器116。圖7的電路圖中，天線線圈117分為電感成分L1和電阻成分R1來描述。
IC卡101是包括天線線圈120、調諧電容器121、整流電路122和IC卡邏輯部123的結構。與讀寫裝置100同樣，在天線線圈120上也并聯連接調諧電容器121，與天線線圈120的自身電感L2共振來提高傳輸效率。IC卡101的天線線圈120與讀寫裝置100的天線線圈17電磁耦合時，產生感應電壓，產生的感應電壓由整流電路122整流，同時調整為規定電壓，供給IC卡邏輯部123。
上述構成的讀寫裝置100的特征是包括控制對天線線圈117的供給功率的功率控制電路111、檢測出對本身裝置的天線線圈117的輸入電壓的電壓檢測電路114和存儲在讀寫器用C115中的第一表和第二表。
這里，第一表用于從來自功率控制電路111的輸出電壓Vs和電壓檢測電路114檢測出的對天線線圈的輸入電壓V導出耦合系數k。其根據關系式V＝Vs·f(k)(f為某函數)。
第二表用于從上述耦合系數k和最佳的接收功率P導出對耦合系數k最佳的(不產生多余熱的)電壓Vs。其根據關系式p＝g(Vs，k)(g是某函數)。
上述結構中，電壓檢測電路114按某控制定時檢測出放大器112的輸出電壓V(對本身裝置的天線線圈1的輸入電壓)。檢測出的輸出電壓V的值送到讀寫器用IC115。讀寫器用IC115由于控制功率控制電路111的輸出電壓Vs而已經取得了該輸出電壓Vs。
接著讀寫器用IC115使用放大器112的輸出電壓V和功率控制電路111的輸出電壓Vs通過參照第一表取得耦合系數k。接著讀寫器用IC115使用取得的耦合系數k和對于IC卡接收最佳的接收功率P，通過參照第二表取得對耦合系數k最佳的(不產生多余熱的)功率控制電路111的輸出電壓Vs。
然后，讀寫器用IC115控制功率控制電路111，以將取得的輸出電壓Vs輸出。由此，消除多余的功率供給，可防止功率差引起的發熱。
但是，上述構成的IC卡101和讀寫裝置100在防止接收功率的功率差引起的發熱方面有效，但讀寫裝置100需要包括功率控制電路111和電壓檢測電路114，電路規模擴大，同時消耗功率增大。
IC卡101和讀寫裝置100為延長通信距離依然要增加供電功率。因此，供電功率增加帶來的對其他設備的不良影響的問題仍然存在。
發明內容
本發明為解決上述問題而作出，其目的是提供用簡單結構就能夠減輕由于接收功率的功率差引起的發熱的非接觸型供電系統。本發明的另一目的是提供不增大供電功率而能夠延長半導體器件可動作的離開供電裝置的距離的非接觸型供電系統。
為達到上述目的，本發明的非接觸型供電系統的電磁耦合特性調整方法是在該系統中，通過電磁耦合在供電裝置上設置的供電用天線線圈和在半導體器件上設置的接收用天線線圈，將功率以非接觸方式從上述供電裝置供給上述半導體器件，該方法中，調整上述供電裝置和上述半導體器件之間的電磁耦合特性，上述供電裝置還包括串聯連接上述供電用天線線圈的第一調整用阻抗元件和并聯連接于上述供電用天線線圈的第二調整用阻抗元件，其特征在于包括如下步驟決定上述第一調整用阻抗元件和第二調整用阻抗元件的阻抗，以使得作為從上述供電用天線線圈到上述接收用天線線圈的距離的供電距離為大于0的規定值時，上述半導體器件接受的接收功率最大。
這里，希望供電距離的規定值在假定利用的供電距離的附近。例如，半導體器件為IC卡、供電裝置為讀寫裝置的非接觸型通信系統的情況下，對應IC卡和讀寫裝置間的通信距離分為緊接型、近接型和附近型，分別在IS010536、ISO/IEC14443和IS0/IEC15693中進行標準化。緊接型、近接型和附近型中假定利用的通信距離分別為約1mm(毫米)、約100mm和約700mm。因此，非接觸型通信系統的情況下，希望上述供電距離的規定值在緊接型中約為1mm、在近接型中約為100mm、在附近型中約為700mm。上述供電距離的規定值最好在作為近接型IC卡最經常使用的通信距離的30mm附近，具體說最好是20～40mm的范圍內。
根據上述方法，供電距離的規定值中，決定供電裝置的第一和第二調整用阻抗元件的阻抗，以使接收功率為最大。但是，通過一般函數y＝f(x)，在極大值或極小值附近，因變量y的變化量小。其間夾有極大值或極小值的情況下，隨著因變量y增加和減少，因變量y的差減小。即，一般地，在規定范圍內，與單調減少或單調增加的函數相比，存在極大值或極小值的函數使得因變量的范圍狹窄。
那么，本發明的非接觸型供電系統的電磁耦合特性調整方法與供電距離為0時接收功率最大、隨著供電距離加長接收功率單調減少的原來情況相比，可減小不同的供電距離的接收功率的功率差。其結果是用設置第一和第二調整用阻抗元件的簡單結構可減輕由于接收功率的功率差引起的發熱。
延長半導體器件可動作的離開供電裝置的供電距離時，由于延長的供電距離與接收功率為最大的供電距離的差比原來小，可使延長的供電距離的接收功率比原來大。因此，可不增加供電功率而能夠延長上述供電距離。
本發明的非接觸型供電系統的電磁耦合特性調整方法是在該系統中，通過電磁耦合在供電裝置上設置的供電用天線線圈和在半導體器件上設置的接收用天線線圈，將功率以非接觸方式從上述供電裝置供給上述半導體器件，該方法中，調整上述供電裝置和上述半導體器件之間的電磁耦合特性，上述供電裝置還包括串聯連接上述供電用天線線圈的第一調整用阻抗元件和并聯連接于上述供電用天線線圈的第二調整用阻抗元件，其特征在于包括如下步驟決定上述第一調整用阻抗元件和第二調整用阻抗元件的阻抗，以使得作為從上述供電用天線線圈到上述接收用天線線圈的距離的供電距離在規定范圍內時，上述接收功率大于上述半導體器件可動作的最低功率。
根據上述方法，決定第一和第二調整用阻抗元件的阻抗，以使供電功率的規定范圍內接收功率大于最低功率。這種情況下，如上所述，與原來的情況相比，由于可減小不同的供電距離的接收功率的功率差，可用設置第一和第二調整用阻抗元件的簡單結構減輕由于接收功率的功率差引起的發熱。
本發明的供電裝置通過包括與半導體器件上設置的接收用天線線圈電磁耦合的供電用天線線圈，以非接觸方式向上述半導體器件供電，其特征在于還包括串聯連接上述供電用天線線圈的第一調整用阻抗元件和并聯連接于上述供電用天線線圈的第二調整用阻抗元件，關于作為從上述供電用天線線圈到上述接收用天線線圈的距離的供電距離，上述第一調整用阻抗元件和第二調整用阻抗元件具有這樣的阻抗使上述半導體器件所接受的接收功率為最大的供電距離的下限在大于0的規定范圍內。
根據上述結構，通過第一和第二調整用阻抗元件，接收功率為最大的供電距離大于0。因此，如上所述，與原來的情況相比，可減小不同的供電距離的接收功率的功率差，從而可用設置第一和第二調整用阻抗元件這樣的簡單結構減輕由于接收功率的功率差引起的發熱。
延長半導體器件可動作的離開供電裝置的供電距離時，由于延長的供電距離與接收功率為最大的供電距離的差比原來小，可使延長的供電距離的接收功率比原來大。因此，可不增加供電功率而能夠延長上述供電距離。
本發明的非接觸型供電系統，其特征在于包括上述結構的供電裝置、帶有與該供電裝置的供電用天線線圈電磁耦合的接收用天線線圈的半導體器件。
上述結構的非接觸型供電系統由于包括上述結構的供電裝置，可得到與上述同樣的效果。
本發明的其他目的、特征和優點通過如下所示的記載可得到充分理解。本發明的優點通過參考附圖的下面說明而得以理解。
圖1是表示非接觸型通信系統的IC卡的接收功率特性的曲線，曲線a作為比較例表示原來的接收功率特性，曲線b表示作為本發明的一個實施例的非接觸型通信系統的接收功率特性，曲線c表示不能保證緊接狀態下的IC卡的動作時的接收功率特性；圖2是表示在本實施例的讀寫裝置中，固定串聯連接天線線圈的調整用電容器的電容、將并聯連接天線線圈的調整用電容器的電容分別變更為CB1，CB2，CB3(CB1∶CB2∶CB3＝8∶13∶9)時的接收功率特性；圖3是表示本實施例的非接觸型通信系統的簡要結構的框圖；圖4是圖3所示的非接觸型通信系統的等效電路圖；圖5是與圖4同樣的等效電路圖，表示從IC卡的內部電阻到各地點的阻抗；圖6是表示圖3所示的非接觸型通信系統中耦合系數與通信距離的對應關系的曲線；圖7是表示原來的非接觸型通信系統的簡要結構的框圖；圖8是表示圖7所示的非接觸型通信系統中接收功率與通信距離的關系的曲線；圖9是與圖8所示的曲線相同的曲線，表示增加供電功率時的接收功率與通信距離的關系。
發明的
具體實施例方式
根據圖1到圖6說明本發明的一個實施例，如下所示。圖3表示本實施例使用的非接觸型IC卡系統的電路結構圖。圖中的虛線部左側是讀寫裝置1(供電裝置)的構成例子，右側是IC卡2(半導體器件)的構成例子。
讀寫裝置1是包括振蕩器(供電部)10、放大器(供電部)11、調整用電容器12，13和天線線圈14的結構。從振蕩器10輸出的高頻由放大器11放大并供給天線線圈14。本實施例中，讀寫裝置1中包括串聯連接天線線圈14的調整用電容器(第一調整用阻抗元件)12和并聯連接天線線圈14的調整用電容器(第二調整用阻抗元件)13。
另一方面，IC卡2是包括天線線圈20、同諧電容器21、整流電路部22和IC卡邏輯部23的結構。天線線圈20上并聯連接同諧電容器22，與天線線圈20的自身電感L2共振來提高傳輸效率。IC卡2的天線線圈20與讀寫裝置1的天線線圈14電磁耦合時，產生感應電壓，產生的感應電壓由整流電路部22整流的同時被調整到規定電壓，供給IC卡邏輯部23。
本實施例的非接觸型IC卡系統是通信距離為0mm-50mm的近接型。下面說明計算在上述通信距離內讀寫裝置1的天線線圈14和IC卡2的天線線圈20的電磁耦合特性的方法。電磁耦合特性通過天線線圈14，20的形狀而變化，因此下面設天線線圈14，20的形狀固定。
本實施例中，沿用以上順序將通信距離從0mm擴大到50mm。
(1)求出對應通信距離的耦合系數k。
(2)求出調整用電容器12，13的電容CA，CB，以使得接收功率最大的通信距離存在于規定的通信距離內。
(3)決定讀寫裝置1的輸出電壓V0，使得接收功率在規定通信距離內可一直供給IC卡可動作的最小消耗功率。
如上所述，耦合系數k由天線線圈14，20之間的幾何學配置決定，因此可通過模擬等來計算。由于天線線圈14，20為固定形狀，耦合系數k依賴于通信距離1。
耦合系數k和通信距離1的關系如圖6所示。參考該圖，偶合系數k是相對于通信距離1單調減少的函數，可以理解為相對于通信距離1單值對應，即如果確定了通信距離1的范圍，那么偶合系數k的范圍就唯一地確定了。
在同圖的情況下，假設通信距離1為0mm-50mm，那么耦合系數k為0.05～0.27.求出調整用電容器12，13的電容CA，CB，以使得在該耦合系數k的范圍內，接收功率最大。該計算中，利用圖4所示的對應本系統的電磁耦合等效電路。
圖4和圖5表示讀出裝置1和IC卡2的電磁耦合等效電路。下面說明電路的各構成要素。電阻RL是IC卡2上配備的半導體器件的最大負載電阻，從用于IC卡2的半導體器件的動作電流值算出。電阻RL兩端上施加的電壓VB由通過與讀寫裝置1的電磁耦合供給的接收功率生成。
電容C2是并聯連接天線線圈20的調諧電容器21的電容，電容C3是芯片內置的電容器的電容。電容C 3有時不內置。本實施例中，IC卡2的天線線圈20的線圈常數不變更，因此從IC卡2上安裝的線圈常數對電容C2設定適當的值。
電阻R2是天線線圈20的損耗電阻，電感L2是天線線圈20的自身電感。電阻R2和電感L2-M由于和上述相同的理由，從線圈常數將值固定。
電感M是天線線圈14，20的互感，耦合系數k與互感M之間一般有下面的關系式成立。
k＝M/(L1×L2)1/2………(a)即M＝k(L1*L2)1/2………(a’)電感L1是讀寫裝置1的天線線圈14的自身電感，電阻R1是天線線圈14的損耗電阻。電阻R1和電感L1-M由于和上述相同的理由，從線圈常數將值固定。
因此，本實施例中，對供給電阻RL的功率PB，即IC卡2的接收功率PB的變動參數為調整用電容器12，13的電容CA，CB和耦合系數k。
讀寫裝置1的放大器11的輸出電阻R0設定為50Ω。但是，即便輸出電阻R0是具有虛數部分的阻抗(R+jX)，可同樣進行計算。
圖5中，簡要圖如下所示。電路框分為A點、G點、E點、C點、B點，從各個點觀察IC卡側的阻抗分別為ZA、ZG、ZE、ZC、ZB。
如果決定線圈常數(L1，L2，R1，R2，C2)、IC卡側常數RL，C3，從A點看到的IC卡側的阻抗ZA如下式所示，為將CA，CB，作為變量(參數)的函數。
ZA＝fA(CA，CB，k)……………………(式0)因此，向線圈常數(L1，L2，R1，R2，C2)、IC卡側常數RL，C3代入某數值可求出函數fA。顯然ZB，ZC是常數，ZE是以k為變量的函數，ZG是以CB，k為變量的函數。
接著由于A點的電位VA是由R0和ZA分割電動勢V0的電壓，因此如下式所示。
VA＝V0(ZA/(R0+ZA))………………(式1)接著由于G點(F點)的電位VG是用CA的阻抗和ZG分割A點的電位VA的電壓，因此如下式所示。
VG＝VA(ZG/((1/jwCA)+ZG) …………(式2)接著由于E點的電壓VE是用(L1-M)的阻抗和ZE分割G點(F點)的電壓VG的電壓，因此如下式所示。
VE＝VG(ZE/R1+jw(L1-M)+ZE) ………(式3)接著由于C點的電壓VC是用R2、(L2-M)的阻抗和ZC分割E點(D點)的電壓VE的電壓，因此如下式所示。
VC＝VE(ZC/R2+jw(L2-M)+ZC) ………(式4)接著由于B點的電壓VB是用C3的阻抗(1/jwC3)和RL分割C點的電壓VC的電壓，因此如下式所示。
VB＝VC(RL/((1/jwC3)+RL)) …………(式5)并且B點的功率PB如下式所示PB＝VB2/RL……………(式6)雖然省略了詳細說明，但采用線圈常數(L1，L2，R1，R2，C2)、卡側常數RL，C3，通過變形(式0)～(式6)以及(a’)，(式6)如下所示，為以CA，CB，k為變量的函數f2。
PB＝f2(CA，CB，k)…………(式7)通過以上調整，讀寫器側和IC卡側線圈常數設定為某數值時的通信距離和接收功率的關系如圖1所示。該圖中，縱軸表示IC卡2的接收功率，接收功率A1表示IC卡用的半導體器件消耗的功率。即，接收功率A1表示非接觸型IC卡可動作的最低功率，接收功率小于A1時，IC卡2不動作。
橫軸表示耦合系數k。如上所述，耦合系數k是相對通信距離1單調減少的函數，因此隨著耦合系數k的增加，通信距離1減少。例如，某天線形狀下，k＝0.05時，1＝50mm左右，k＝0.10時，1＝30mm左右，k＝0.27時，1＝0mm左右。
圖1中，曲線a表示原來的接收功率特性。曲線a中，通信距離1＝0mm處，接收功率最大，隨著通信距離1加長接收功率減小時，在通信距離15mm處低于半導體器件的消耗功率。因此，通信距離的最大值為15mm左右。
為使通信距離的最大值為50mm左右時，可顯著增加供電功率，但通信距離1＝0mm處的最大接收功率與接收功率A1的差明顯增大，因此產生上述的發熱問題。
接著變更變量CA，CB，畫出接收功率特性，通過反復求出最佳的接收功率特性。電容CA＝10pF(皮法)、電容CB＝60pF時的接收功率特性在圖1的曲線b中表示。
曲線b中，k＝0.10，即通信距離1＝30mm左右，接收功率最大。因此，通信距離在30mm左右可很頻繁使用IC卡。此時，多余的功率(A2-A1)用于發熱，但該發熱量不會引起IC卡2故障，在可動作的許可范圍內。
如上所述，變更讀寫裝置1的輸出電壓V0時，接收功率特性在縱向上變化。圖1的曲線b的設定中，通信距離為0mm和50mm處，為確保接收功率A1，設定讀寫裝置1的輸出電壓V0。即，設定從振蕩器10和放大器11向天線線圈14供給的供電功率，使得在通信距離為0～50mm的范圍內時，接收功率大于IC卡2可動作的最低功率。
通過該調整，在通信距離1＝0mm的密接狀態下，也可使IC卡2動作。這表示可適用于上述的密閉型讀寫裝置。
通信距離1＝0mm的接收功率設置為稍稍超出IC卡的半導體器件的消耗功率的數值，因此具有防止多余的功率產生的發熱或發熱產生的麻煩的效果。
另外，通信距離1＝30mm附近，接收功率達到A2左右，作為此時的動作功率由于確保充分的裕度，可用作使用頻度多的通信距離。
超出通信距離1＝50mm附近時，小于最低動作電壓。因此，該距離認為是該調整條件下的最大通信距離。
這樣，要求增大IC卡2的接收功率、擴大通信距離的效果的非接觸型卡系統中，確立近接型IC卡最經常使用的通信距離(約30mm)處，接收功率最大，同時在非接觸型的讀寫裝置1和IC卡2密接的狀態(通信距離1＝0)下，可產生超出IC卡2的最低動作電壓的接收功率的阻抗調整方法。由此，解決通信距離擴大和發熱問題。
另外，不能保證密接狀態下的IC卡2的動作的情況下，如圖1中曲線c所示的接收功率特性所示，通過調整阻抗，可實現具有特定通信距離的IC卡規格。
此時，通信距離1＝0處，設定為小于接收功率A1，通信距離的上限約為45mm。
另外，圖2中表示將電容CA固定在某數值、將電容CB分別變更為CB1，CB2和CB3(CB1∶CB2∶CB3＝8∶13∶9)時的接收功率特性。
參考圖2，可以理解通過電容CB，接收功率最大時的耦合系數k，即通信距離變化。
設定為CB＝CB1時，k＝0.15，取得平緩的最大值。該特性是比較好的特性，但由于不能確保功率的裕度，是對于噪聲等的外部干擾抵抗力弱的系統。
設定為CB＝CB2時，k＝0.25(通信距離1＝10mm附近)，接收功率為最大，但該特性是IC卡2和讀寫裝置1附近得到接收功率的最大值的特性，雖然可以可觀地擴大通信距離，但是該通信距離的擴大有限。
設定為CB＝CB3時，k＝0.08(通信距離1＝40mm附近)，接收功率最大。該特性中，在直到通信距離50mm附近都確保足夠動作的功率，IC卡2最多使用的距離下，接收功率為最大，調整成良好的特性。
如上所述，通過設定CA，CB，可提供對應各種動作通信距離規格的IC卡。
本發明不限定在上述實施例，在權利要求所示的范圍中可進行種種變更。
例如圖1和圖2所示的接收功率特性的峰值的設定等由IC卡2中使用的半導體器件的消耗電流的規格和非接觸型IC卡系統的通信距離的規格決定。
圖2的情況下，通過固定調整用電容器12的電容CA并使調整用電容器13的電容CB變化進行阻抗的調整，但可通過固定電容CB而變化電容CA來進行，或通過將兩個電容CA，CB均作改變來進行。
也考慮設置自動調整電容CA，CB的電路，通過非接觸通信的初始響應時的信息自動調整阻抗等的應用。通過些自動調整，容易應對使用模式不同的IC卡。
上述實施例中，說明了使用包括調整用電容器12和調整用電容器13的讀寫裝置1的非接觸型IC卡系統，但可在包括用其他阻抗元件，例如線圈等替代調整用電容器12和調整用電容器13的讀寫裝置1的非接觸型IC卡系統中使用本發明。
上述實施例中，說明了使用IC卡2和讀寫裝置1的非接觸型IC卡系統，但在非接觸標簽等的利用電磁感應的RF通信中都一樣可利用本發明。
上述實施例中，在供電的讀寫裝置和接收功率的IC卡之間進行通信，但在僅從供電裝置向半導體器件供電而不進行通信的系統中也可使用本發明。
如上所述，本發明的非接觸型供電系統的電磁耦合特性調整方法是調整供電裝置和半導體器件之間的電磁耦合特性的非接觸型供電系統的電磁耦合特性調整方法，上述供電裝置還具有串聯連接和并聯連接供電用天線線圈的調整用阻抗元件，決定上述調整用阻抗元件的阻抗，使得作為從上述供電用天線線圈到上述半導體器件的接收用天線線圈的距離的供電距離為大于0的規定值時，上述半導體器件接受的接收功率為最大。
由此，與原來情況相比，不同的供電距離的接收功率的功率差可減小，因此用設置調整用阻抗元件的簡單結構就可實現減輕由接收功率的功率差引起的發熱的效果。延長半導體器件可動作的從供電裝置開始的供電距離時，延長的供電距離的接收功率比原來大，因此可實現不增加供電功率就能夠延長上述供電距離的效果。
另外，本發明的非接觸型供電系統的電磁耦合特性調整方法如上所述，在上述方法中，決定上述阻抗通過決定上述供電用天線線圈和上述接收用天線線圈的電磁耦合系數與上述供電距離的對應關系、決定上述調整用阻抗元件的阻抗以使得對應上述供電距離的規定值的電磁耦合系數中上述接收功率為最大來進行。
電磁耦合系數由天線線圈之間的幾何學配置決定。因此供電距離可對應電磁耦合系數。電磁耦合系數與接收功率的關系容易從等效電路圖求出。
因此，根據上述方法，通過求出電磁耦合系數與接收功率的對應關系，能夠容易地決定調整用阻抗元件的阻抗。
此外，本發明的非接觸型供電系統的電磁耦合特性調整方法如上所述，在上述方法中，決定從上述供電裝置供給的供電功率，使得上述供電距離在規定范圍內時，上述接收功率大于上述半導體器件可動作的最低功率。
這里，供電距離的規定范圍內希望是在假定利用的供電距離的范圍內。例如，半導體器件為IC卡、供電裝置為讀寫裝置的非接觸型通信系統中，密接型中為約5mm以下、近接型中為約100mm以下，附近型中為約700mm以下。
原來，供電距離的下限固定(0)，因此即便增大供電功率也僅增加供電距離的范圍的上限。與此相反，本發明中，供電距離的上限增加，同時下限降低。因此，根據上述方法，僅稍稍增加供電功率就可將供電距離擴大得大于原來的，因此容易決定供電距離在規定范圍內時接收功率大于最低功率的供電功率。
本發明的非接觸型供電系統的電磁耦合特性調整方法如上所述，上述供電裝置還包括串聯連接和并聯連接上述供電用天線線圈的調整原阻抗元件，決定上述調整用阻抗元件的阻抗，使得作為從上述供電用天線線圈到上述接收用天線線圈的距離的供電距離在規定范圍內時，上述接收功率大于上述半導體器件可動作的最低功率。
由此，與原來情況相比，不同的供電距離的接收功率的功率差可減小，因此用設置調整用阻抗元件的簡單結構就可實現減輕由接收功率的功率差引起的發熱的效果。
此外，本發明的非接觸型供電系統的電磁耦合特性調整方法如上所述，在上述方法中，決定上述阻抗通過決定上述供電用天線線圈和上述接收用天線線圈的電磁耦合系數與上述供電距離的對應關系、決定上述調整用阻抗元件的阻抗以使得對應上述供電距離的規定范圍的電磁耦合系數中上述接收功率大于上述半導體器件可動作的最低功率來進行。
根據上述方法，如上所述，通過求出供電距離和電磁耦合系數的對應關系，能夠容易地決定調整用阻抗元件的阻抗。
希望上述調整用阻抗元件是電容器。
本發明的供電裝置如上所述，包括串聯連接和并聯連接供電用天線線圈的調整原阻抗元件，上述調整用阻抗元件是上述半導體器件接受的接收功率為最大的供電距離的下限在大于0的規定范圍內的阻抗的結構。
由此，與原來情況相比，不同的供電距離的接收功率的功率差可減小，因此用設置調整用阻抗元件的簡單結構就可實現減輕由接收功率的功率差引起的發熱的效果。延長半導體器件可動作的從供電裝置開始的供電距離時，延長的供電距離的接收功率比原來大，因此可實現不增加供電功率就能夠延長上述供電距離的效果。
本發明的的供電裝置如上所述，在上述結構中，上述供電距離在上述規定范圍內的情況下，將上述接收功率大于上述半導體器件(2)可動作的最低功率的供電功率供給上述供電用天線線圈(14)。
此外，本發明的供電裝置如上所述，僅稍稍增加供電功率就可將供電距離擴大得大于原來的，因此容易決定供電距離在規定范圍內時接收功率大于最低功率的供電功率。
希望上述調整用阻抗元件是電容器。
本發明的非接觸型供電系統如上所述，是包括上述結構的供電裝置、包括電磁耦合該供電裝置的供電用天線線圈的接收用天線線圈的半導體器件的結構。
由此，上述結構的非接觸型供電系統中也實現與上述相同的效果。
發明的詳細說明中給出的具體實施例和實施形式至多是為了理解本發明的技術內容，不應狹義地解釋為僅限定于這種具體例子，在本發明的精神和下面記載的權利要求的范圍內，可實施各種變更。
權利要求
1.一種非接觸型供電系統的電磁耦合特性調整方法，在該系統中，通過電磁耦合在供電裝置(1)上設置的供電用天線線圈(14)和在半導體器件(2)上設置的接收用天線線圈(20)，將功率以非接觸方式從上述供電裝置(1)供給上述半導體器件(2)，該方法中，調整上述供電裝置(1)和上述半導體器件(2)之間的電磁耦合特性，上述供電裝置(1)還包括串聯連接上述供電用天線線圈(14)的第一調整用阻抗元件(12)和并聯連接于上述供電用天線線圈(14)的第二調整用阻抗元件(13)，其特征在于包括如下步驟決定上述第一調整用阻抗元件(12)和第二調整用阻抗元件(13)的阻抗，以使得作為從上述供電用天線線圈(14)到上述接收用天線線圈(20)的距離的供電距離為大于0的規定值時，上述半導體器件(2)接受的接收功率最大。
2.根據權利要求1所述的非接觸型供電系統的電磁耦合特性調整方法，決定上述阻抗的步驟包含決定上述供電用天線線圈(14)和上述接收用天線線圈(20)的電磁耦合系數與上述供電距離的對應關系的步驟；決定上述第一調整用阻抗元件(12)和第二調整用阻抗元件(13)的阻抗以使得對應上述供電距離的規定值的電磁耦合系數中上述接收功率最大。
3.根據權利要求1所述的非接觸型供電系統的電磁耦合特性調整方法，還包含決定從上述供電裝置(1)供給的供電功率以使得上述供電距離在規定范圍內時，上述接收功率大于上述半導體器件(2)可動作的最低功率。
4.根據權利要求1到3之一所述的非接觸型供電系統的電磁耦合特性調整方法，上述第一調整用阻抗元件(12)和第二調整用阻抗元件(13)是電容器(12，13)。
5.根據權利要求4所述的非接觸型供電系統的電磁耦合特性調整方法，決定上述阻抗的步驟是決定上述第一調整用阻抗元件(12)和第二調整用阻抗元件(13)的電容，使得作為從上述供電用天線線圈(14)到上述接收用天線線圈(20)的距離的供電距離為大于0的規定值時，上述半導體器件(2)接受的接收功率最大。
6.根據權利要求1所述的非接觸型供電系統的電磁耦合特性調整方法，上述規定值在20～40mm的范圍內。
7.一種非接觸型供電系統的電磁耦合特性調整方法，在該系統中，通過電磁耦合在供電裝置(1)上設置的供電用天線線圈(14)和在半導體器件(2)上設置的接收用天線線圈(20)，將功率以非接觸方式從上述供電裝置(1)供給上述半導體器件(2)，該方法中，調整上述供電裝置(1)和上述半導體器件(2)之間的電磁耦合特性，上述供電裝置(1)還包括串聯連接上述供電用天線線圈(14)的第一調整用阻抗元件(12)和并聯連接于上述供電用天線線圈(14)的第二調整用阻抗元件(13)，其特征在于包括如下步驟決定上述第一調整用阻抗元件(12)和第二調整用阻抗元件(13)的阻抗，以使得作為從上述供電用天線線圈(14)到上述接收用天線線圈(20)的距離的供電距離在規定范圍內時，上述接收功率大于上述半導體器件(2)可動作的最低功率。
8.根據權利要求7所述的非接觸型供電系統的電磁耦合特性調整方法，決定上述阻抗的步驟包含決定上述供電用天線線圈(14)和上述接收用天線線圈(20)的電磁耦合系數與上述供電距離的對應關系的步驟；決定上述調整用阻抗元件的阻抗以使得對應上述供電距離的規定值的電磁耦合系數中上述接收功率大于上述半導體器件(2)可動作的最低功率。
9.根據權利要求7或8所述的非接觸型供電系統的電磁耦合特性調整方法，上述第一調整用阻抗元件(12)和第二調整用阻抗元件(13)是電容器(12，13)。
10.根據權利要求9所述的非接觸型供電系統的電磁耦合特性調整方法，決定上述阻抗的步驟是決定上述第一調整用阻抗元件(12)和第二調整用阻抗元件(13)的電容，使得作為從上述供電用天線線圈(14)到上述接收用天線線圈(20)的距離的供電距離在規定范圍內時，上述接收功率大于上述半導體器件(2)可動作的最低功率。
11.根據權利要求7所述的非接觸型供電系統的電磁耦合特性調整方法，上述規定范圍的下限是0。
12.根據權利要求7所述的非接觸型供電系統的電磁耦合特性調整方法，上述規定范圍的下限大于0。
13.根據權利要求1或7所述的非接觸型供電系統的電磁耦合特性調整方法，上述半導體器件(2)是IC卡(2)。
14.一種供電裝置，通過包括與半導體器件(2)上設置的接收用天線線圈(20)電磁耦合的供電用天線線圈(14)，以非接觸方式向上述半導體器件(2)供電，其特征在于還包括串聯連接上述供電用天線線圈(14)的第一調整用阻抗元件(12)和并聯連接于上述供電用天線線圈(14)的第二調整用阻抗元件(13)，關于作為從上述供電用天線線圈(14)到上述接收用天線線圈(20)的距離的供電距離，上述第一調整用阻抗元件(12)和第二調整用阻抗元件(13)具有這樣的阻抗使上述半導體器件(2)所接受的接收功率為最大的供電距離的下限在大于0的規定范圍內。
15.根據權利要求14的供電裝置，還包含供電部(10，11)，上述供電距離在上述規定范圍內的情況下，將上述接收功率大于上述半導體器件(2)可動作的最低功率的供電功率供給上述供電用天線線圈(14)。
16.根據權利要求14或15的供電裝置，上述第一調整用阻抗元件(12)和第二調整用阻抗元件(13)是電容器(12，13)。
17.根據權利要求16的供電裝置，關于作為從上述供電用天線線圈(14)到上述接收用天線線圈(20)的距離的供電距離，上述第一調整用阻抗元件(12)和第二調整用阻抗元件(13)具有這樣的電容使上述半導體器件(2)所接受的接收功率為最大的供電距離的下限在大于0的規定范圍內。
18.一種非接觸型供電系統，包括供電裝置(1)、帶有與該供電裝置(1)的供電用天線線圈(14)電磁耦合的接收用天線線圈(20)的半導體器件(2)，上述供電裝置(1)將功率以非接觸方式供給上述半導體器件(2)，上述供電裝置(1)還包括串聯連接上述供電用天線線圈(14)的第一調整用阻抗元件(12)和并聯連接于上述供電用天線線圈(14)的第二調整用阻抗元件(13)，關于作為從上述供電用天線線圈(14)到上述接收用天線線圈(20)的距離的供電距離，上述第一調整用阻抗元件(12)和第二調整用阻抗元件(13)具有這樣的阻抗使上述半導體器件(2)所接受的接收功率為最大的供電距離的下限在大于0的規定范圍內。
19.根據權利要求18所述的非接觸型供電系統，上述第一調整用阻抗元件(12)和第二調整用阻抗元件(13)是電容器(12，13)。
20.根據權利要求19所述的非接觸型供電系統，關于作為從上述供電用天線線圈(14)到上述接收用天線線圈(20)的距離的供電距離，上述第一調整用阻抗元件(12)和第二調整用阻抗元件(13)具有這樣的電容使上述半導體器件(2)所接受的接收功率為最大的供電距離的下限在大于0的規定范圍內。
21.根據權利要求18所述的非接觸型供電系統，上述半導體器件(2)是IC卡(2)。
全文摘要
電磁耦合特性調整方法是在通過電磁耦合在讀寫裝置上設置的供電用天線線圈和在IC卡上設置的接收用天線線圈將功率以非接觸方式從讀寫裝置供給IC卡的非接觸型通信系統中，調整讀寫裝置和IC卡之間的電磁耦合特性的方法。供電裝置還包括串聯連接和并聯連接于供電用天線線圈的調整用阻抗元件。決定調整用阻抗元件的阻抗，使得從供電用天線線圈到接收用天線線圈的通信距離為大于0的規定值時，半導體器件接受的接收功率最大。由此，可提供用簡單結構就能夠減輕由于接收功率的功率差引起的發熱的非接觸型通信系統。
文檔編號B42D15/10GK1501566SQ20031011
公開日2004年6月2日 申請日期2003年11月12日 優先權日2002年11月12日
發明者重政晴彥, 中尾佳寬, 寬 申請人:夏普株式會社